UCL 和伊利諾伊大學芝加哥分校的研究人員發現，微小、無序的氧化鎂鉻顆粒可能是新型鎂電池儲能技術的關鍵，與傳統鋰離子電池相比，這種技術可能具有更高的容量。

報告了一種新的、可擴展的方法來制造一種材料，這種材料可以在高壓下可逆地儲存鎂離子，這是陰極的決定性特征。

雖然它還處于早期階段，但研究人員表示，這是向鎂基電池邁進的重大進展。迄今為止，很少有無機材料表現出可逆的鎂去除和插入，這是鎂電池發揮作用的關鍵。

“鋰離子技術正在達到其能力的極限，因此尋找其他化學物質非常重要，這將使我們能夠制造出具有更大存儲容量和更纖薄設計的電池，”共同主要作者伊恩約翰遜博士說（倫敦大學學院）化學）。

“鎂電池技術一直被認為是提供更持久的手機和電動汽車電池的可能解決方案，但獲得一種實用的材料用作陰極一直是一個挑戰。”

限制鋰離子電池的一個因素是陽極。出于安全原因，鋰離子電池必須使用低容量碳陽極，因為使用純鋰金屬陽極會導致危險的短路和火災。

相比之下，鎂金屬陽極更安全，因此將鎂金屬與功能性陰極材料結合可以使電池更小并儲存更多能量。

先前使用計算模型的研究預測，鎂鉻氧化物 (MgCr2O4) 可能是鎂電池陰極的有前途的候選者。

受這項工作的啟發，UCL 研究人員在非常快速和相對低溫的反應中生產了一種 ~5 nm 的無序鎂鉻氧化物材料。

伊利諾伊大學芝加哥分校的合作者隨后將其鎂活性與約 7 nm 寬的常規有序鎂鉻氧化物材料進行了比較。

他們使用了一系列不同的技術，包括 X 射線衍射、X 射線吸收光譜和尖端的電化學方法，以觀察兩種材料在電池中測試鎂活性時的結構和化學變化。

這兩種晶體的行為非常不同，無序顆粒表現出可逆的鎂提取和插入，而較大的有序晶體則沒有這種活性。

“這表明電池的未來可能在于無序和非常規結構，這是一個令人興奮的前景，我們以前沒有探索過，因為通常無序會導致電池材料出現問題。它強調了查看其他結構缺陷材料是否存在的重要性可能為可逆電池化學提供更多機會”Jawwad Darr 教授（倫敦大學學院化學系）解釋道。

“我們看到，與有序晶體相比，表面積的增加和晶體結構中的無序性為重要化學反應的發生提供了新的途徑。

通常，需要有序以提供清晰的擴散途徑，使細胞能夠輕松充電和放電——但我們所看到的表明，無序結構引入了新的、可獲得的擴散途徑，需要進一步研究，”Jordi Cabana 教授說（伊利諾伊大學芝加哥分校）。

這些結果是英國和美國研究人員之間令人興奮的新合作的產物。UCL 和伊利諾伊大學芝加哥分校打算將他們的研究擴展到其他無序的高表面積材料，以進一步提高鎂的儲存能力并開發實用的鎂電池。

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