Một nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Minah Lee thuộc Trung tâm Nghiên cứu Lưu trữ Năng lượng tại Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KIST) dẫn đầu đã phát triển một chiến lược kích hoạt hóa học của kim loại magie cho phép vận hành hiệu quả pin magie trong các chất điện phân phổ biến không chứa phụ gia ăn mòn, và có thể được sản xuất hàng loạt. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí ACS Nano .
Trong khi nhu cầu về pin lithium-ion đang bùng nổ do sự tăng trưởng nhanh chóng của thị trường xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS), cung và cầu nguyên liệu thô của chúng như lithium và coban chủ yếu phụ thuộc vào các quốc gia cụ thể, và do đó có những lo ngại lớn về việc đảm bảo chuỗi cung ứng ổn định. Vì lý do này, nghiên cứu về pin thứ cấp thế hệ tiếp theo đã được tiến hành tích cực và pin thứ cấp sử dụng magiê , có nhiều trong vỏ trái đất, đang được chú ý.
Pin thứ cấp magie có thể có mật độ năng lượng cao vì chúng sử dụng Mg 2+ , một ion hóa trị hai thay vì các ion kim loại kiềm hóa trị một như lithium. Mật độ năng lượng cao nhất có thể thu được bằng cách sử dụng trực tiếp kim loại magiê làm cực dương, trong đó dung tích thể tích cao hơn khoảng 1,9 lần so với kim loại lithium.
Bất chấp những ưu điểm này, khó khăn trong việc sạc và xả kim loại magiê một cách hiệu quả do khả năng phản ứng của nó với chất điện phân đã cản trở việc thương mại hóa nó. Các nhà nghiên cứu của KIST đã phát triển một công nghệ để tạo ra phản ứng nạp và phóng điện hiệu quả cao của kim loại magie, mở ra khả năng thương mại hóa pin thứ cấp magie.
Đặc biệt, không giống như các nghiên cứu trước đây sử dụng chất điện phân ăn mòn để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sạc và xả magie, các nhà nghiên cứu đã sử dụng chất điện phân phổ biến có thành phần tương tự như chất điện phân thương mại hiện có, cho phép sử dụng điện cực điện áp cao và giảm thiểu sự ăn mòn của các bộ phận pin.
Nhóm nghiên cứu đã tổng hợp một lớp bảo vệ nhân tạo với thành phần mới dựa trên các oligomer magie alkyl halide trên bề mặt magie bằng một quy trình đơn giản là nhúng kim loại magie được sử dụng làm cực dương vào dung dịch alkyl halide phản ứng trước khi lắp ráp tế bào. Họ phát hiện ra rằng việc chọn một dung môi phản ứng cụ thể sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành cấu trúc nano trên bề mặt magie, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hòa tan và lắng đọng magie.
Dựa trên điều này, họ đã loại bỏ các phản ứng không mong muốn với chất điện phân và tối đa hóa diện tích phản ứng thông qua cấu trúc nano để tạo ra chu trình magiê hiệu quả cao.
Bằng cách áp dụng công nghệ đã phát triển, điện thế quá mức có thể giảm từ hơn 2 V xuống dưới 0,2 V khi sạc và xả kim loại magiê trong chất điện phân thông thường mà không có chất phụ gia ăn mòn và hiệu suất Coulomb có thể tăng từ dưới 10% lên hơn 99,5%. Nhóm nghiên cứu đã chứng minh quá trình sạc và xả kim loại magie kích hoạt ổn định hơn 990 chu kỳ, xác nhận rằng pin sạc magie có thể hoạt động trong chất điện phân thông thường và có thể sản xuất hàng loạt.
Tiến sĩ Minah Lee của KIST cho biết: "Công trình này cung cấp một hướng mới cho nghiên cứu pin thứ cấp magie hiện có, vốn đang sử dụng chất điện phân ăn mòn để ngăn chặn sự hình thành các lớp liên kết trên bề mặt kim loại magie". "Nó sẽ làm tăng khả năng sản xuất pin thứ cấp magiê mật độ năng lượng cao , chi phí thấp dựa trên các chất điện phân phổ biến phù hợp cho các hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS)."
