Mangezowo-jonowe baterie Toyoty będą przełomem, na który czekamy?

Wczoraj wspominałem o ogniwach o wydłużonej żywotności, które przygotował zespół z Uniwersytetu Kalifornijskiego, a dzisiaj czas na baterie magnezowo-jonowe. Nad rozwiązaniem tym pracuje wiele różnych grup badawczych, w tym zespół z Toyota Research Institute of North America.

Naukowcy przez długi czas nie brali pod uwagę zastąpienia roztworu soli litu elektrolitem z jonami magnezu. Wynika to z większej reaktywności drugiego pierwiastka (Mg), który miałby tworzyć bardziej złożone związki utrudniające ruch jonów w elektrolicie. Opublikowane w 2014 roku badania, za którymi stał zespół z Lawrence Berkeley National Laboratory (należącego do Uniwersytetu Kalifornijskiego), pokazały jednak, że obawy te były bezpodstawne.

Skłoniło to wiele instytutów do rozpoczęcia prac nad opracowaniem baterii magnezowo-jonowych. Jeden z pierwszych projektów takiego ogniwa już pod koniec 2014 roku zaprezentował zespół badaczy z tajwańskiego National Cheng Kung University. Kilka miesięcy później swoje trzy grosze dołożyli naukowcy z Toyota Research Institute of North America, którzy postanowili ostatnio przypomnieć światu o opracowywanym przez siebie nowym typie baterii.

Zespoły pracujące nad nowym rozwiązaniem zgodnie twierdzą, że wykorzystanie jonów magnezu daje wiele korzyści. Ich główną zaletą jest to, że przenoszą podwójny ładunek dodatni, co prowadzi do zwiększenia pojemności baterii (w porównaniu do ogniwa litowo-jonowego o tym samym rozmiarze).

Naukowcy z Lawrence Berkeley National Laboratory i Toyota Research Institute of North America uważają, że wykorzystanie magnezu zamiast litu umożliwia zwiększenie od 8 do 12 razy pojemność akumulatora. Do tego 5-krotnie rośnie efektywność jego ładowania i rozładowywania. To nie koniec zalet.

Baterie magnezowo-jonowe mają cechować się możliwością pracy w szerszym zakresie temperatur, który wynosi od -30 stopni C do 55 stopni C. Ogniwa mają lepiej znosić niskie temperatury (akumulatory litowo-jonowe mają problem z pracą poniżej -15 stopni C) oraz mają być o wiele mniej łatwopalne. Na zwiększoną odporność przekłada się warstwa tlenku magnezu, którym pokryta jest powierzchnia elektrod.

Koncept baterii magnezowo-jonowych prezentuje się bardzo interesująco, ale nie można liczyć niestety na jego szybką realizację. Naukowcy muszą uporać się jeszcze z szeregiem trudności związanych ze składem chemicznym elektrolitu czy budową katody i anody. Problemów dostarcza również projekt samej konstrukcji nowych baterii - ta musi być wytrzymała, dostosowana do wielu typu urządzeń różnej wielkości i poddawana recyklizacji.

Minie więc jeszcze kilka ładnych lat zanim proces masowej produkcji baterii magnezowo-jonowych zostanie w pełni opracowany. Nie dziwi więc, że zespół z Toyota Research Institute of North America szuka partnerów z innych ośrodków badawczych, aby wspólnymi siłami przyspieszyć rozwój nowych akumulatorów.

Może wydawać się, że rozwiązania magnezowo-jonowe podzielą los innych przełomowych odkryć w dziedzinie baterii. Co jakiś czas pojawiają się bowiem informacje o nowych, niezwykle pojemnych ogniwach czy błyskawicznie ładowanych akumulatorach, ale słuch bardzo szybko o nich ginie.

W tym jednak przypadku pewne nadzieje daje zaangażowanie Toyoty i innych producentów samochodów, którzy potrzebują nowych baterii dla elektrycznych samochodów. Dostępne obecnie ogniwa litowo-jonowe zapewniają niewielki zasięg takich pojazdów, a możliwości ich ulepszania są niewielkie. Można liczyć, że rozwiązania tworzone z myślą o przemyśle motoryzacyjnym, pomogą również w rozwoju baterii dla smartfonów, tabletów czy nawet inteligentnych zegarków.