德克萨斯和m-led队双打下来金属氧化镁电池储能
移动，锂离子，现在，有一个更好的电池在地平线上。
一个以德克萨斯为首的一个科学家团队和多机构；M大学的化学家Sarbajit Banerjee发现了一个特殊的金属氧化镁电池的正极材料，运动者更要提供电池，保证储能上安全转变提出了更高密度的一步，在其无处不在的锂离子的比较成本和性能（李离子）同行。
图片说明：重新设计的亚稳相V2O5（V2O5）作为镁电池正极材料表现出非凡的性能。图形比较了V2O5的常规（右）和亚稳结构。（科学/ Justin Andrews学院）
“推进可再生能源的全球推的储能载体的可用性有限，”Banerjee在团队的文章说，今天（2月1日）发表在期刊化学，化学新聚焦杂志由细胞出版社。目前，锂离子技术占主导地位，但锂的安全和长期供应仍然是严重的问题。相比之下，镁比锂丰富得多，熔点更高，充电时表面光滑，如果能找到合适的阴极，就有可能使能量密度增加五倍以上。
具有讽刺意味的是，该团队未来的解决方案取决于重新设计的旧锂离子正极材料五氧化二钒，证明它们能够可逆地插入镁离子。
“我们已经基本上实现原子为镁离子沿着不同的途径，从而使他们可以很容易地插入和提取的放电和充电的电池在一个可行的阴极材料，”Banerjee说。
这种罕见的现象是通过限制镁离子的位置相对不舒服的原子位置的设计实现，基于这样的五氧化二钒了财产称为亚稳态。这种稳定性有助于防止镁离子被困在物质和促进他们的电荷存储能力与材料可以忽略不计，降解后的多电荷充电周期完成收割。
前前后后插层
Banerjee，一个戴维森教授科学在德克萨斯&；化学部门和一个附属教员在材料科学与工程系，已工作数年来更好地理解离子插层的关键过程，如锂和镁离子电池的内插和其他材料移动。
用一个世界上最强大的软X射线显微镜的扫描透射X射线显微镜（STXM）和X射线发射光束线在串联加拿大光源与一个世界上分辨率最高的像差校正透射电子显微镜安置在伊利诺伊大学芝加哥分校（UIC），Banerjee和合作者劳伦斯伯克利国家实验室，UIC和阿贡国家实验室能够观察他们的新型五氧化二钒的独特的电子性质和直接证明镁离子插层材料。总的来说，该小组应用了几十年的材料科学的综合经验，解释了这种新型五氧化二钒优于旧版本和李离子电池的根本原因。
笔记本电脑和手机的很多技术，锂离子电池的快速发展使两实例，这彻底改变了能量的存储容量和循环性能比较其铅酸和镍金属氢化物的前辈。然而，由于锂不仅在便携式电子设备中广泛使用，而且越来越多地用于电动车辆和电网储能所需的更大的电池中，锂在长期中的供应预计将越来越短缺。此外，李离子电池是一个危险的游戏，正如最近广泛宣传报道在美国科学详细，例如路透社和福布斯，其中锂离子动力装置有起火或爆炸的结果是基本的易燃性和反应性的锂。
“除了是非常安全的消费应用，镁离子技术是吸引人的根本因为每个镁离子放弃每离子两电子两倍的费用，而每个锂离子放弃只有一个，说：”德克萨斯&；M化学研究生和美国宇航局的航天技术研究员贾斯廷安德鲁斯，在球队的论文的第一作者。“这意味着，除了所有其他考虑之外，如果你能在储存锂的材料中储存镁那么多，那么你的电池容量就会几乎翻倍。”
加倍能力，加倍困难
但是他们所有的感知优势，镁电池已经证明了真是太好了因为他们是第一次在上世纪90年代提出并基本上被各种各样的问题；主要是，一个合适的阴极的缺乏，或正极-否则称为一个电池，镁离子进入电池放电过程中的权力一种电子装置，然后退出在充电过程中的一部分。
“事实上，关于镁离子是最令人兴奋的事情，他们在电池应用商店两次充电也形成的基础上的最大的挑战，说：”合作UIC的化学家Jordi Cabana。镁离子的高电荷使它们对周围原子的吸附更强烈。
换句话说，Banerjee说，镁离子会拦住他们穿越在阴极材料的路径。他们的缓慢运动使得制造镁电池变得如此困难。
安德鲁斯解释说：“在许多结构中，这些相互作用是非常有利的，这意味着镁很容易在这些特定的位置上停留和停留一段时间。”。在我们的材料中，镁在晶格中移动时“受挫”，因为它遇到的环境比最佳环境要差很多。从这个意义上说，它是非常高兴的，只是继续前进，从而导致能力和扩散的改善。
球队的国家科学基金会资助的研究特点两个额外的现任和前任德克萨斯&；我的研究生，Abhishek Parija和Peter M. Marley，分别。David Prendergast，在伯克利实验室分子铸造设备主任，美国能源部国家用户设施纳米科学的研究，帮助德克萨斯&；M组的设计和解释他们的计算，进行了实验验证部分由Fakra使用伯克利实验室的先进光源和阿贡国家实验室的先进光子收集的数据源结构。对钒的新形式的原子分辨率的图像进行合作收集UIC物理学家Robert F. Klie物理学研究生Arijita Mukherjee和镁闰内物质的直接证据。电池测量显示可逆性和确认的阴极材料的鲁棒性，完整的故事，在小屋前的小屋组成员Hyun Deog Yoo进行合作。
安德鲁斯说：“在纸上，镁电池是非常理想的，因为它承诺在解决几个关键问题的能力上更大的能量密度，而不幸的是消费者正在发现锂离子电池，包括成本、安全性和最基本水平的性能。“但从锂-镁离子技术的转变并不简单，和许多设计存在的镁离子阴极阻碍了这些更可持续和更安全的电池的发展。”
努力实现更安全的能源未来
安德鲁斯说，该小组的研究标志着该领域的一个重要转折点，因为它代表了解决阴极问题的重大进展，同时也强调了使用这种新型的五氧化二钒这种更具想象力的亚稳材料的固有优势。但即使是他也承认，在这个90年代的潮流重新流行之前，还有很多工作要做。
安德鲁斯补充说：“虽然这项研究提供了大量的洞察力，但在镁电池成为现实之前还有几个其他基本问题需要克服。”。然而，这项工作使镁电池更接近现实，即电池更便宜、更轻、更安全的现实，以便更容易采用电动汽车所需的大面积格式，以及储存太阳能和风能所产生的能量。
球队的化学研究，在亚稳态一维V2O5可逆型镁离子插入，“可以在线观看，以及相关的数字和字幕。
对于分子铸造厂资金和UIC组由联合能源存储研究中心中的一部分，一个部门的能源创新中心是由美国能源部科学办公室支持。安德鲁斯的工作是通过美国宇航局空间技术研究金计划资助的。