I takt med den tekniska utvecklingen ökar också efterfrågan på storskalig och hållbar energilagring. För att möta detta behov har forskare vid Tohoku-universitetet utvecklat en prototyp av ett uppladdningsbart magnesiumbatteri (RMB) som övervinner många av de ihållande utmaningar som magnesiumbaserad energilagring står inför. Resultaten publicerades i Communications Materials.
Detta genombrott representerar en potentiell nästa steg inom energilagring – ett snabbladdande batteri tillverkat av hållbara material.
Litium är en knapp resurs, vilket gör det svårt att producera tillräckligt med litiumjonbatterier för att hålla jämna steg med ny teknik och vår ständigt växande befolkning. I jämförelse finns magnesium i överflöd precis under våra fötter: i jordskorpan.
”Anledningen till att magnesium inte har varit det huvudsakliga materialet som används för batterier är på grund av en trög reaktion som förhindrar drift vid rumstemperatur”, förklarar Tetsu Ichitsubo (Tohoku University). ”Tänk dig om batterierna i dina enheter bara kunde fungera vid extrema temperaturer. Det skulle i princip vara oanvändbart i vardagen.”
Därför är det viktigt att uppnå drift vid rumstemperatur för att magnesiumbaserad energilagring ska kunna bli ett konkurrenskraftigt alternativ som kan minska beroendet av våra begränsade litiumresurser. Med hjälp av en nyutvecklad amorf oxidkatod (Mg0,27Li0,09Ti0,11Mo0,22O) lyckades forskarteamet uppnå detta.
Tidigare magnesiumbatterier hade problem med att uppnå snabb och reversibel Mg-jon-diffusion, vilket hindrade dem från att fungera effektivt vid rumstemperatur. Den amorfa oxidkatoden använder dock en jonbytesprocess mellan litium och magnesium som skapar diffusionsvägar som gör att Mg-joner kan röra sig lättare.
Som ett resultat stöder katoden reversibel magnesiuminsättning och -extraktion vid rumstemperatur.
”Vi tillverkade en prototyp av en fullständig cell för att testa batteriet i praktiken och fann att det kunde avge tillräckliga mängder energi även efter 200 cykler”, säger Ichitsubo.
”Det räckte för att kontinuerligt driva en blå lysdiod (LED). Detta är spännande, eftersom tidigare demonstrationer av RMB-batterier visade negativa urladdningsspänningar, vilket innebär att de inte kunde leverera användbar energi.”
De undersökte också den underliggande mekanismen för detta batteri. Studien bekräftar att den observerade kapaciteten härrör från verklig magnesiuminterkalering, vilket verifierats genom noggranna kemiska analyser. Detta skiljer systemet från tidigare rapporter där sidoreaktioner, snarare än Mg-jonrörelser, dominerade den uppenbara prestandan.
Detta arbete representerar den första tillförlitliga demonstrationen av en oxidkatod som möjliggör RMB-drift under omgivande förhållanden. Det fastställer grundläggande designprinciper för nästa generations katodmaterial: införande av strukturellt fritt volym, kontroll av partikelstorlek i nanoskala och säkerställande av kompatibilitet med avancerade elektrolyter.
Tillsammans för dessa framsteg RMB närmare praktisk tillämpning som säkra, hållbara och resursbeständiga energilagringssystem.
Mer information: Tomoya Kawaguchi et al, Amorf oxidkatod som möjliggör uppladdningsbara magnesiumbatterier vid rumstemperatur, Communications Materials (2025). DOI: 10.1038/s43246-025-00921-0
