باتری منیزیم

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

باتری منیزیم باتری منیزیم به عنوان عنصر فعال در آند از سلول الکتروشیمیایی است. هر دو غیرقابل شارژ بوده و سلول اولیه و قابل شارژ سلولی ثانویه شیمی پرداخته شده‌است. باتری‌های اولیه سلول منیزیم تجاری شده‌اند و استفاده شده‌اند به عنوان ذخایر و باتری‌های استفاده عمومی.

باتری‌های ثانویه منیزیم یک موضوع فعال تحقیقاتی هستند،[۱] بخصوص به عنوان جایگزین یا بهبود شیمیایی باتری لیتیوم یون - به عنوان یک سلول منیزیم جایگزینی Li-ion ممکن است با یک آند منیزیم جامد امکان‌پذیر است، اجازه می‌دهد که بالاتر چگالی انرژی از آن با لیتیوم، که نیاز به یک‌های intercalated آند لیتیوم. آندز نوع درج (یون منیزیم) نیز مورد تحقیق قرار گرفته‌است.

سلولهای اولیه[ویرایش]

سلولهای اولیه منیزیم از اوایل قرن بیستم ساخته شده‌است.

نوع باتری منیزیم BA-4386 به‌طور کامل تجاری شده‌است و هزینه‌های آن در هر واحد نسبت به باتری‌های روی برابر است - در مقایسه با سلول‌های روی کربن معادل باتری ظرفیت بیشتری با حجم و عمر طولانی‌تر داشته‌است. BA-4386 از سال ۱۹۶۸ تا سال ۱۹۸۴ به‌طور گسترده توسط ارتش آمریکا مورد استفاده قرار گرفت، زمانی که با یک لیتیوم تونیل کلرید جایگزین شد.[۲][۳]

یک سلول سوختی منیزیم هوا دارای ولتاژ عامل نظری ۳٫۱ و تراکم انرژی ۶٫۸ کیلووات ساعت در کیلوگرم است. ژنرال الکتریک در اوایل دهه ۱۹۶۰ سلول سوختی منیزیم فعال در محلول NaCl خنثی تولید کرد. باتری هوا منیزیم یک سلول اولیه است، اما این امکان وجود دارد که با قرار دادن آند و الکترولیت آن را "refuelable" کرد. باتری هوا منیزیم تجاری شده‌است و با استفاده از آب دریا به عنوان الکترولیت به عنوان سیستم‌های پشتیبان زمینی و همچنین منابع انرژی زیر دریایی از آنها استفاده می‌شود.[۴]

سلول‌های ثانویه[ویرایش]

بررسی اجمالی[ویرایش]

منیزیم به عنوان مبنایی برای جایگزینی یا بهبود باتری لیتیوم یونی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

پژوهش[ویرایش]

آندها و الکترولیت‌ها[ویرایش]

به نظر می‌رسد که لایه‌های Passivating از تجزیه الکترولیت در طی کاهش یون منیزیم منشأ گرفته شود. به عنوان مثال، برخی از یون‌های متداول مانند پرکلرات و tetrafluoroborate به پسیویته کمک می‌کنند، همان‌طور که برخی از حلال‌های متداول قطبی آپروتیک مانند کربنات‌ها و نیتریل‌ها نیز وجود دارد. [۵] Grignard بر اساس اثیری الکترولیت نه نشان داده شده‌است passivate; [۶] آلیاژهای منیزیم نیز الکترود بدون انفجار نشان داده شده‌است. ترکیب Mg (BPh 2 Bu 2) 2 در اولین بار نشان داده شده بود نشانگر قابل شارژ باتری منیزیم بود، استفاده از آن توسط اکسیداسیون الکتروشیمیایی محدود شد. [۷] دیگر الکترولیت تحقیق شامل مخلوط Grignard / آلومینیوم تری کلرید ترکیبات، borohydrides، phenolates، alkoxides، مخلوط کلرید منیزیم / کلرید آلومینیوم سیستم در THF، مجتمع amido (به عنوان مثال بر اساس hexamethyldisilazane)، کربوران نمک، alkoxyborates فلوئوردار، یک منیزیم (BH 4) الکترولیت حالت جامد (NH 2) و پلیمرهای ژل حاوی Mg (AlCl 2 EtBu) 2 در tetraglyme / PVDF. [۸][۹] برای سیستم‌های مبتنی بر حلال، اترها به‌طور کلی در تحقیق (۲۰۱۴) مورد استفاده قرار گرفته‌اند. [۱۰]

الکترودهای جایگزینی منیزیوم براساس ورودی برگشت‌پذیری فلز منیزیم به آند (آلیاژ آلومینیوم) (مانند بیسموت / آنتی نومیا یا قلع) نشان داده شده‌است که قادر به جلوگیری از انفجار سطحی آنود است، اما از تخریب آند به دلیل تغییرات حجمی درج، و همچنین سینتیک آهسته از درج. [۱۱]

یکی دیگر از نقص اساسی در مقایسه با لیتیوم، اتلاف بیش از حد منیزیم (+۲) در محلول است که سبب افزایش ویسکوزیته و کاهش تحرک در الکترولیت می‌شود.[۱۲] در محلول تعدادی از گونه‌ها ممکن است بسته به عوامل ضد یون / پیچیده وجود داشته باشد - این اغلب شامل گونه‌هایی است که به‌طور جداگانه شسته شده‌اند (به عنوان مثال MgCl + در حضور کلرید) - گرچه دیمرها اغلب تشکیل می‌شوند (به عنوان مثال Mg 2 Cl 3 +). [۱۳] حرکت یون منیزیم به شبکه‌های میزبان کاتدی نیز (از سال ۲۰۱۴) به‌طور آشکار آهسته است.[۱۴]

مواد کاتدی[ویرایش]

برای مواد کاتدی تعدادی از ترکیبات مختلف برای مناسب بودن، از جمله مورد استفاده در باتری‌های اولیه منیزیم مورد بررسی قرار گرفته‌است. مواد کاتدی جدید بررسی شده یا پیشنهاد شده شامل زیرکونیم دی سولفید، اکسید کبالت (II, III)، سلنید تنگستن ، پنتوکسی تنگستن، پنتوکسید وانادیم و کاتد بر روی وانادات است. اسپینلس مبتنی بر کبالت، سینتیک پایینی را نسبت به رفتار با لیتیوم وارد می‌کند.[۱] [۱۵] در سال ۲۰۰۰ نشان داده شد که شکل فاز شور 5 S 6 Mo 8 به عنوان یک کاتد مناسب است، ۲۰۰۰ سیکل در تخلیه ۱۰۰٪ با ۱۵٪ از دست دادن؛ ضعف‌ها عملکرد ضعیف درجه حرارت پایین (کاهش تحرک Mg، جبران با جایگزینی سلنیوم)، و همچنین ولتاژ پایین، c. 1.2V و تراکم انرژی کم (110mAh / g).[۱] کاتد دی سولفید مولیبدن دارای تراکم ولتاژ و انرژی، 1.8V و 170mAh / g را نشان داد. سولفید فلزات گذار به عنوان کاندیدای امیدوار کننده برای کاتد باتری یون منیزیم محسوب می‌شود. [۱۶] یک سلول منیزیم ترکیبی با استفاده از الکترولیت منیزیم / سدیم مخلوط با وارد شدن سدیم به کاتد دی سولفید آهن ( نانوکریستال ) (II) در سال ۲۰۱۵ گزارش شد.[۱۷]

کاتدهای مبتنی بر دی‌اکسید منگنات خواص خوبی نشان داده‌اند، اما در دوچرخه سواری بدتر شده‌است. [۱۸] اسپینل‌های مبتنی بر منگنز اصلاح شده ("پست اسپینل") موضوع فعال تحقیقاتی (۲۰۱۴) برای کاتدهای ورودی منیزیم است.[۱۹]

در سال ۲۰۱۴ یک باتری قابل شارژ منیزیم گزارش شده‌است با استفاده از یک یون رد و بدل، الیوین با بیس (trifluoromethylsulfonyl) الکترولیت ایمید / triglyme نوع MgFeSiO 4 کاتد - سلول ظرفیت 300mAh است / گرم با ولتاژ 2.4V نشان داد. [۲۰] MgMnSiO 4 نیز به عنوان یک کاتد درجهٔ بالقوه Mg 2+ مورد بررسی قرار گرفته‌است.[۲۱]

مواد کاتدیک به غیر از انواع غیر اکسید فلزی / سولفید فلزی نیز بررسی شده‌است: در سال ۲۰۱۵ یک کاتد بر اساس یک پلیمر حاوی آنتراکینون گزارش شد.[۲۲] و دیگر مواد کاتدی آلی و پلیمری که قادر به انجام واکنش‌های بازدارنده نیز هستند، مانند پلی-۲،2'-dithiodianiline مورد بررسی قرار گرفته‌است.[۲۳] در سال ۲۰۱۶، یک کاتد ترکیبی کربن / ید متخلخل به عنوان یک جایگزین بالقوه برای کاتدهای ورودی Mg 2+ گزارش شد - شیمی به عنوان بالقوه برای یک باتری جریان قابل شارژ گزارش شده‌است.[۲۴]

تجاری‌سازی[ویرایش]

گفته می‌شود در سال ۲۰۱۸ این باتری تجاری‌سازی شده‌است.

منابع[ویرایش]

  1. ↑ ۱٫۰ ۱٫۱ ۱٫۲ Gerbrand Ceder, Pieremanuele Canepa (فوریه 2017)، "Odyssey of Multivalent Cathode Materials: سوالات باز و چالش‌های آینده"، بررسی‌های شیمیایی، 117 (5): 4287-4341، doi: 10.1021 / acs.chemrev.6b00614، PMID   28269988
  2. ↑ Crompton، توماس روی (2000)، کتاب مرجع باتری، §39
  3. ↑ دفتر، پاسخگویی دولت ایالات متحده (26 سپتامبر 1985)، تدارکات ارتش باتری: منیزیم و لیتیم (NSIAD-85-124)، دفتر پاسخگویی دولت ایالات متحده
  4. ↑ ژانگ، تیاناران؛ تائو، ژان لیانگ؛ چن، ژوئن (مارس 2014)، "باتری‌های منیزیوم: از اصل به کاربرد"، Horizons of Materials، 1 (2): 196-206، doi: 10.1039 / c3mh00059a
  5. ↑ Mohtadi & Mizuno 2014, § 1.1.
  6. ↑ Mohtadi & Mizuno 2014, §2; Fig.1, p.1293.
  7. ↑ Mohtadi & Mizuno 2014, §2.
  8. ↑ Mohtadi & Mizuno 2014, Table 1, p.1298.
  9. ↑ Zhao-Karger, Zhirong; Bardaji, Maria Elisa Gil; Fuhr, Olaf; Fichtner, Maximilian (2017). "A new class of non-corrosive, highly efficient electrolytes for rechargeable magnesium batteries". Journal of Materials Chemistry A (به انگلیسی). 5 (22): 10815–10820. doi:10.1039/C7TA02237A. ISSN 2050-7496.
  10. ↑ Mohtadi & Mizuno 2014, §2.1.
  11. ↑ Mohtadi & Mizuno 2014, §1.2.
  12. ↑ ون Noorden، ریچارد (5 مارس 2014)، "انقلاب قابل شارژ: باتری بهتر"، www.nature.com، 507 (7490)، ص.   26-28، doi: 10.1038 / 507026a , PMID   24598624
  13. ↑ Mohtadi & Mizuno 2014, §2.1.5.
  14. ↑ Mizuno, Fuminori؛ سینگ، نیکلندرا؛ آرتور، تیموتی س. فانسون، پل ت. راماناتان، مایندی؛ بنماازا، آدیدل؛ Prakash, Jai؛ لیو، یی شنگ؛ گلنس، پر اندرس؛ Guo, Jinghua (11 نوامبر 2014)، "درک و غلبه بر چالش‌های ناشی از الکترود / الکترولیت‌ها در باتری‌های قابل شارژ منیزیم"، جبهه. منابع انرژی، 2، doi: 10.3389 / fenrg.2014.00046
  15. ↑ Mohtadi & Mizuno 2014, §3.
  16. ↑ Mohtadi & Mizuno 2014, §3.3.
  17. ↑ والتر، مارک؛ Kravchyk, Kostiantyn V. ؛ ابنس، ماریا؛ Kovalenko, Maksym V. (2015)، "باتری ترکیبی با کارآمد و ارزان قیمت سدیم منیزیم"، شیمی. مادرم، 27 (21): 7452-7458، doi: 10.1021 / acs.chematter.5b03531
  18. ↑ Mohtadi & Mizuno 2014, §3.4.
  19. ↑ منابع نمونه:
  20. ↑ Orikasa et al 2014.
  21. ↑ NuLi, Yanna; Yang, Jun; Wang, Jiulin; Li, Yun (2009), "Electrochemical Intercalation of Mg2+ in Magnesium Manganese Silicate and Its Application as High-Energy Rechargeable Magnesium Battery Cathode", J. Phys. Chem. C, 113 (28): 12594–12597, doi:10.1021/jp903188b
  22. ↑ Bitenc, Jan; Pirnat, Klemen; Bančič, Tanja; Gaberšček, Miran; Genorio, Boštjan; Randon-Vitanova, Anna; Dominko, Robert (21 Dec 2015), "Anthraquinone-Based Polymer as Cathode in Rechargeable Magnesium Batteries", ChemSusChem, 8 (24): 4128–4132, doi:10.1002/cssc.201500910, PMID 26610185
  23. ↑ Zhang, Zhengcheng, ed. (2015), "Rechargeable Batteries: Materials, Technologies and New Trends", Green Energy and Technology: 629, doi:10.1007/978-3-319-15458-9, ISBN 978-3-319-15457-2
  24. ↑ Tian, Huajun; Gao, Tao; Li, Xiaogang; Wang, Xiwen; Luo, Chao; Fan, Xiulin; Yang, Chongyin; Suo, Liumin; Ma, Zhaohui (10 January 2017), "High power rechargeable magnesium/iodine battery chemistry", Nature Communications, 8 (14083 (2017)): 14083, doi:10.1038/ncomms14083, PMC 5234091, PMID 28071666

[۱][۲][۳][۴][۵][۶][۷][۸][۹][۱۰]

  1. ↑ Gerbrand Ceder, Pieremanuele Canepa (February 2017), "Odyssey of Multivalent Cathode Materials: Open Questions and Future Challenges", Chemical Reviews, 117 (5): 4287–4341, doi:10.1021/acs.chemrev.6b00614, PMID 28269988
  2. ↑ Blake, Ivan C. (August 1952), "Silver Chloride-Magnesium Reserve Battery" (PDF), Journal of the Electrochemical Society, 99 (8): 202C, doi:10.1149/1.2779735
  3. ↑ Crompton, Thomas Roy (2000), Battery Reference Book, §39
  4. ↑ Office, U. S. Government Accountability (26 Sep 1985), Army's Procurement of Batteries: Magnesium vs. Lithium (NSIAD-85–124), US Government Accountability Office
  5. ↑ Zhang, Tianran; Tao, Zhanliang; Chen, Jun (Mar 2014), "Magnesium–air batteries: From principle to application", Materials Horizons, 1 (2): 196–206, doi:10.1039/c3mh00059a
  6. ↑ Bucur, Claudiu B. ; Gregory, Thomas; Oliver, Allen G. ; Muldoon, John (2015), "Confession of a Magnesium Battery", J. Phys. Chem. Lett., 6 (18): 3578–3591, doi:10.1021/acs.jpclett.5b01219, PMID 26722727
  7. ↑ Walter, Marc; Kravchyk, Kostiantyn V. ; Ibáñez, Maria; Kovalenko, Maksym V. (2015), "Efficient and Inexpensive Sodium–Magnesium Hybrid Battery", Chem. Mater., 27 (21): 7452–7458, doi:10.1021/acs.chemmater.5b03531
  8. ↑ Van Noorden, Richard (5 Mar 2014), "The rechargeable revolution: A better battery", www.nature.com, 507 (7490), pp.  26–28, doi:10.1038/507026a, PMID 24598624
  9. ↑ Example sources:
  10. ↑ Mizuno, Fuminori; Singh, Nikhilendra; Arthur, Timothy S. ; Fanson, Paul T. ; Ramanathan, Mayandi; Benmayza, Aadil; Prakash, Jai; Liu, Yi-Sheng; Glans, Per-Anders; Guo, Jinghua (11 November 2014), "Understanding and overcoming the challenges posed by electrode/electrolyte interfaces in rechargeable magnesium batteries", Front. Energy Res., 2, doi:10.3389/fenrg.2014.00046
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=باتری_منیزیم&oldid=35326854»