Yang Jinlin und andere Mitglieder des „Ocean Clean Energy Innovation Team“ am College of Marine Science and Engineering der Universität Hainan haben bedeutende Fortschritte bei der Entwicklung eines neuartigen Magnesium-basierten Dual-Ionen-Batteriesystems erzielt. Die Forschungsergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift ACS Energy Letters veröffentlicht.

Dual-Ionen-Batterien haben aufgrund ihrer hohen Betriebsspannung, hohen Energiedichte und niedrigen Kosten viel Aufmerksamkeit erregt. Im Dual-Ionen-Batteriesystem wird erwartet, dass magnesiumbasierte Dual-Ionen-Batterien aufgrund der zweiwertigen Eigenschaften von Magnesiumionen die Volumenkapazität und Energiedichte deutlich verbessern. Die Entwicklung magnesiumbasierter Dual-Ionen-Batterien wurde jedoch durch den Mangel an leistungsstarken negativen Elektrodenmaterialien zur Speicherung von Magnesiumionen eingeschränkt. Die hohe Ladungsdichte zweiwertiger Magnesiumionen erzeugt starke elektrostatische Wechselwirkungen mit dem Gitter des Speichermaterials, was zu einer langsamen Einlagerungs-/Extraktionskinetik zweiwertiger Magnesiumionen und zum Zusammenbruch der Materialstruktur führt. Daher konnten magnesiumbasierte Dual-Ionen-Batterien mit hoher Kapazität und langer Zyklenstabilität bisher nicht entwickelt werden.

Yang Jinlin und sein Forschungsteam haben ein neuartiges magnesiumbasiertes Dual-Ionen-Batteriesystem mit schneller Reaktionskinetik entwickelt, indem sie den Enolisierungsmechanismus einer organischen Anode mit der Anionenspeicherchemie einer Graphitkathode kombinierten. Die zusammengesetzte organisch-wässrige magnesiumbasierte Dual-Ionen-Batterie weist eine hohe reversible Kapazität und lange Lebensdauer auf. Besonders hervorzuheben ist, dass die Batterie über einen weiten Temperaturbereich von -20 °C bis +50 °C funktioniert und damit den Anforderungen von Energiespeicheranwendungen in extremen Umgebungen gerecht wird. Diese Forschung liefert neue Erkenntnisse für die Entwicklung von Magnesium- und anderen multivalenten Dual-Ionen-Batterien.