Las baterías de iones de magnesio podrían demostrar que dos electrones son mejores que uno

Una batería de iones de litio funciona esencialmente mediante el uso de litio (¿iones?) Para transportar electrones de un lado a otro entre un electrodo positivo y uno negativo. Estos son básicamente cargueros eléctricos que se cargan con electrones en el lado negativo de la batería y, cuando se les da la señal adecuada, navegan hacia el lado positivo para descargar su carga; esto está descargando una batería, y cuando los electrones abandonan el litio portadores en el otro lado, pueden fluir por su gradiente y crear una corriente para alimentar nuestro dispositivo. Los cargueros de litio ahora vacíos están unidos al electrodo positivo, pero pueden recargarse haciendo funcionar la corriente al revés. La molécula, ahora cargada de electrones, se disocia naturalmente y regresa al primer electrodo de almacenamiento. Una vez que todos los iones disponibles se almacenan en un estado de alta energía, la batería se recarga.

La analogía del carguero funciona bien porque, al igual que la carga viene en unidades de contenedores, la electricidad viene en unidades de electrones. Un 'ión' de litio, a los efectos de las baterías, va a ser capaz de contener un solo electrón; Li1+es el ion que usamos normalmente en baterías de iones de litio. Pero el magnesio se usa más fácilmente en forma de Mg2+iones, lo que significa que podría transportar un máximo dedos electrones por viaje de carguero a través de la batería. Teóricamente, eso permite un gran aumento en la densidad de almacenamiento de energía: el doble, en realidad, si los iones de magnesio están presentes en la misma densidad que los iones de litio.

Los conceptos básicos de la función de los iones de litio.

Los conceptos básicos de la función de los iones de litio.



Pero como todos sabemos, la teoría no siempre se manifiesta perfectamente en el mundo real. El principal de los problemas de confusión es el hecho de que cuando tienes el doble de electrones cargados negativamente por átomo, tienes el doble de carga negativa por átomo, y una carga negativa más fuerte significa una atracción más fuerte por los iones positivos. Entonces, si bien los iones de magnesio transportan el doble de la carga eléctrica, también son más lentos al hacerlo porque el proceso físico de difusión a través del espacio lleno de electrolito entre los dos electrodos se ralentiza literalmente.

Este modelo de computadora muestra cómo el ion magnesio naranja está coordinado por solo 4 iones cercanos en el electrolito.

Este modelo de computadora muestra cómo el ion magnesio naranja está coordinado por solo cuatro iones cercanos en el electrolito.

Reciente estudios muestran que esto podría no ser un problema tan grande como temían los científicos, con el objetivo de demostrar que un ion magnesio solo está encadenado por sus cuatro iones vecinos más cercanos: el espacio se llena demasiado para algo más que eso. Esto significa que hay un límite superior bastante bajo en la cantidad de interferencia que los iones de magnesio pueden experimentar cuando hacen su trabajo en la batería, lo que significa que es posible que no tengamos que hacer mucho para superar este inconveniente.

Es casi seguro que la investigación futura se centrará en adaptar el electrolito perfecto para obtener tanto la función de batería completa como un movimiento iónico sencillo. Kristin Persson, de los laboratorios Lawrence Berkeley, ha probado miles de combinaciones diferentes de electrolito-electrodo con la esperanza de encontrar una que nos permita explotar el ion magnesio al máximo. Las supercomputadoras ejecutan simulaciones físicas fundamentales, observando todo, desde la densidad de carga hasta la geometría atómica para ver cómo el Mg2+Los iones pueden convertirse en miembros productivos de la sociedad de baterías.

La batería de carbono dual podría hacer que el magnesio sea irrelevante, si es que va a alguna parte.

La batería de carbono dual podría hacer que el magnesio sea irrelevante, si es que va a alguna parte.

El magnesio también tiene muchas otras ventajas, una de las cuales es que no es litio, y es mucho más económico de adquirir y utilizar. Toyota ha invertido en la tecnología y Elon Musk ha declarado abiertamente que Tesla y su batería Gigafactory están listos para el magnesio en caso de que se convierta en el estándar; Dado que tan pocos otros aspectos del diseño de la batería se verían afectados por la transición de litio-magnesio, la fábrica podría modificarse para bombear baterías de iones de magnesio Tesla de doble densidad con mucha facilidad.

Dados los enormes beneficios posibles de cambiar del litio al magnesio, parece una conclusión inevitable que sucederá eventualmente, a menos que primero aparezca algo completamente mejor. Las baterías de carbono dual de Japón, los artilugios de litio-aire e incluso las celdas de combustible de hidrógeno resucitadas podrían elevarse de manera muy plausible para dominar la industria. Se trata de qué tecnología realmente llega al mercado, y pase lo que pase, definitivamente tenemos al menos algunos años más de litio.

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