Bateria de íon de magnésio em estado quase sólido atinge uma densidade de energia de 264 Wh/kg

Da pv magazine Global

As baterias de íons de magnésio oferecem uma alternativa segura, de baixo custo e de alta densidade de energia às atuais baterias de íons de lítio. No entanto, o caminho para sua comercialização é pavimentado com desafios, incluindo a necessidade de superar a estreita janela eletroquímica em sistemas aquosos e a baixa condutividade iônica em sistemas não aquosos.

Agora, uma equipe de pesquisa do Departamento de Engenharia Mecânica da HKU projetou uma bateria de íons de magnésio em estado quase sólido com um platô de tensão de 2,4 V e uma densidade de energia de 264 Wh/kg, superando o desempenho das baterias de íons de magnésio atuais e quase igualando o desempenho das baterias de íons de lítio.

Anteriormente, a mesma equipe de pesquisa desenvolveu uma bateria de íons de magnésio com uma tensão de operação acima de 2 V. No entanto, ainda ficou atrás das contrapartes não aquosas devido ao domínio do próton sobre o armazenamento de íons Mg no cátodo.

“Os íons de hidrogênio, ou prótons, são menores e mais leves em comparação com os íons metálicos. Devido ao seu tamanho, os prótons podem facilmente entrar na estrutura catódica da bateria. No entanto, isso cria um problema porque prótons e íons de magnésio competem por espaço, o que limita severamente quanta energia a bateria pode armazenar e quanto tempo pode durar”, disse Sarah Leong, pesquisadora do HKU e primeira autora do estudo.

Os pesquisadores melhoraram o projeto anterior, implementando um eletrólito aprimorado por polímero para controlar a competição entre prótons e íons metálicos e confinar a rede de ligações de hidrogênio.

“É um desenvolvimento que muda o jogo”, disse o professor da HKU Dennis Y.C. Leung. “Nossa bateria de íons de magnésio em estado quase sólido combina o melhor dos dois mundos, oferecendo a alta tensão de sistemas não aquosos e a segurança e custo-benefício de sistemas aquosos. Representa um grande passo em frente no desenvolvimento de baterias de íons de magnésio de alto desempenho”.

Em extensos testes de ciclagem, a equipe de pesquisa descobriu que, mesmo sob condições extremas de temperaturas abaixo de zero (-22°C), a bateria de íons de magnésio em estado quase sólido reteve 90% de sua capacidade após 900 ciclos.

A bateria também não é inflamável e é resistente a cargas de alta pressão, o que a torna uma candidata promissora para eletrônicos de consumo, mesmo em climas mais frios.

“A estratégia avançada de desenvolvimento de eletrólitos apresentada em nossa pesquisa tem potencial além das baterias de íons de magnésio, estendendo-se a outras baterias multivalentes de íons metálicos, como baterias de íons de zinco e de íons de alumínio”, disse o professor assistente da HKU, Wending Pan. “Acreditamos que este estudo abrirá o caminho para a próxima geração de soluções de armazenamento de energia que não são apenas eficientes, mas também ecologicamente corretas.”

Suas descobertas são discutidas em “Next-generation magnesium-ion batteries: The quasi-solid-state approach to multivalent metal ion storage“, que foi publicado recentemente na Science Advances.