باتری منیزیم

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.Blake, Ivan C. (August 1952), "Silver Chloride-Magnesium Reserve Battery" (PDF), Journal of the Electrochemical Society, 99 (8): 202C, doi:10.1149/1.2779735Bucur, 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

باتری‌های ثانویه منیزیم یک موضوع فعال تحقیقاتی هستند،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 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 
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.Crompton، توماس روی (2000)، کتاب مرجع باتری، §39 دفتر، پاسخگویی دولت ایالات متحده (26 سپتامبر 1985)، تدارکات ارتش باتری: منیزیم و لیتیم (NSIAD-85-124)، دفتر پاسخگویی دولت ایالات متحده 

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.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 

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

 پژوهش 
 آندها و الکترولیت‌ها 
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.  

ویکتور گرینیارد بر اساس اثیری الکترولیت نه نشان داده شده‌است passivate;  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.  دیگر الکترولیت تحقیق شامل مخلوط Grignard / آلومینیوم تری کلرید ترکیبات، borohydrides، فنول، آلکوکسید، 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.  برای سیستم‌های مبتنی بر حلال، اترها به‌طور کلی در تحقیق (۲۰۱۴) مورد استفاده قرار گرفته‌اند. 

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. 

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.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  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 +).  حرکت یون منیزیم به شبکه‌های میزبان کاتدی نیز (از سال ۲۰۱۴) به‌طور آشکار آهسته است.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 

 مواد کاتدی 
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.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  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). 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.  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.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 

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

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.  MgMnSiO 4 نیز به عنوان یک کاتد درجهٔ بالقوه Mg 2+ مورد بررسی قرار گرفته‌است.

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. و دیگر مواد کاتدی آلی و پلیمری که قادر به انجام واکنش‌های بازدارنده نیز هستند، مانند پلی-۲،2'-dithiodianiline مورد بررسی قرار گرفته‌است. 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.
 تجاری‌سازی 
گفته می‌شود در سال ۲۰۱۸ این باتری تجاری‌سازی شده‌است.

 منابع 

رده:انواع باتری‌ها
رده:باتری‌های فلز-هوا
رده:باتری‌های قابل شارژ
رده:صفحات با ترجمه بازبینی‌نشده
رده:منیزیم
رده:باتری‌های فلز-یون