Rewolucja w akumulatorach. Toyota stawia na magnez

Rewolucję mobilną XXI wieku umożliwiły – obok miniaturyzacji elektroniki – akumulatory litowe, obecne dziś praktycznie we wszystkich autonomicznie zasilanych urządzeniach, takich jak smartfony, tablety, laptopy i drony. Ich główne zalety to duża gęstość energii, czyli zdolność gromadzenia dużej ilości prądu przy małej masie i wymiarach, a także możliwość bardzo szybkiego ładowania i brak efektu pamięciowego, powodującego szybką degenerację ogniw starszych generacji. Akumulatory litowe pozwalają również konstruować samochody elektryczne umożliwiające podróżowanie na większe odległości.

Mimo wielu zalet, ten tak popularny rodzaj akumulatorów ma jednak także swoje wady. Jedną z nich, która spędza sen z powiek konstruktorom, jest to, że podstawowy surowiec niezbędny do ich produkcji – lit – jest pierwiastkiem stosunkowo rzadkim, występującym co prawda powszechnie, ale w bardzo małych ilościach. Czy wobec tego wkrótce nie grozi nam „litowy kryzys", który wywinduje w kosmos ceny urządzeń? Wszystko wskazuje na to, że jednak nie.

Przełomem mogą okazać się osiągnięcia badaczy z Toyota Research Institute of North America (TRINA), którzy poinformowali ostatnio o istotnych postępach w pracach nad stworzeniem ogniw, w których lit zastąpiono innym lekkim metalem – magnezem. Magnez ma nad litem wiele przewag – jest od niego znacznie bardziej rozpowszechniony, bardziej stabilny (a więc jego zastosowanie praktycznie wyeliminuje niebezpieczeństwo pożaru, jakie stwarzają ogniwa litowe), a jako pierwiastek dwuwartościowy tworzy jony przenoszące dwukrotnie większy ładunek, niż w przypadku jednowartościowego litu. Objętościowa gęstość energii wynosi w przypadku magnezu 3,833 mAh/cm³ w porównaniu do 2,036 mAh/cm³ dla litu. Dotychczas jednak prace nad akumulatorami magnezowo-jonowymi hamowane były przez trudności ze znalezieniem odpowiedniego elektrolitu, który nie powodowałby szybkiej korozji elektrod.

Naukowcom z TRINA udało się rozwiązać te problemy dzięki zastosowaniu elektrolitu opartego na magnezowych solach monokarboranów (MMC) – kompleksowych związków zawierających bor. Badając różne związki tego rodzaju, odkryli, że aniony o wzorze CB11H12 zapewniają wysoką trwałość magnezowych elektrod i umożliwiają konstruowanie ogniw o znakomitych parametrach.