Wetenschappers van Tohoku University hebben een doorbraak bereikt: een magnesiumbatterij die eindelijk bij kamertemperatuur werkt én razendsnel oplaadt. Is dit het begin van lithiumvrije energieopslag?
De vraag naar grootschalige, duurzame energieopslag neemt wereldwijd toe. Lithium-ionbatterijen zijn nog steeds dominant, maar de schaarste van lithium en de milieu-impact van winning vormen een groot obstakel. Magnesium daarentegen is veel overvloediger en veiliger in gebruik. Het zou een ideaal alternatief kunnen zijn, mits onderzoekers de eeuwenoude problemen rondom magnesiumbatterijen oplossen.
Volgens de studie, gepubliceerd in Communications Materials, heeft het team van Tohoku University nu een prototype oplaadbare magnesiumbatterij (RMB) ontwikkeld dat deze obstakels overwint en een potentiële opvolger van lithium laat zien.
Jarenlang slechts een theoretisch concept
Magnesiumionen bewegen traag in traditionele kathodes, waardoor eerdere RMB’s nauwelijks bij kamertemperatuur functioneerden. “Stel je voor dat je apparaat alleen werkt bij extreme temperaturen,” zegt Tetsu Ichitsubo, hoofdonderzoeker van het project. “Dan is zo’n batterij niet praktisch voor dagelijks gebruik.”
Door deze beperking bleven magnesiumbatterijen jarenlang een theoretisch concept, ondanks hun potentieel als duurzaam, veilig en overvloedig alternatief voor lithium.
Eindelijk bruikbaar bij kamertemperatuur
Het geheim van de nieuwe batterij ligt in een amorf oxidekathodemateriaal met de formule Mg₀.₂₇Li₀.₀₉Ti₀.₁₁Mo₀.₂₂O. Dit materiaal maakt gebruik van een ionenuitwisselingsproces tussen lithium en magnesium, waardoor magnesiumionen zich veel sneller door de kathode kunnen bewegen.
Het resultaat: de batterij kan magnesium reversibel in- en uitsluiten bij kamertemperatuur, een prestatie die eerdere prototypes niet haalden. Dit opent de deur naar praktisch toepasbare magnesiumbatterijen.
Test in de praktijk
Om hun prototype te demonstreren bouwden de onderzoekers een volledige knoopcelbatterij. De batterij leverde genoeg spanning om een blauwe LED te laten branden – meer dan 2,5 volt. Dat lijkt eenvoudig, maar het is een enorme stap voorwaarts: eerdere RMB’s faalden vaak in het leveren van bruikbare energie.
“Het feit dat we een LED continu konden laten branden, bewijst dat de batterij functioneel is bij kamertemperatuur en voldoende vermogen kan leveren,” zegt Ichitsubo. Bovendien bleef het prototype stabiel na 200 laadcycli, een veelbelovende indicatie voor levensduur en duurzaamheid.
Betrouwbaar én herhaalbaar
Chemische analyses bevestigden dat de opslagcapaciteit daadwerkelijk afkomstig is van magnesiumintercalatie, niet van ongewenste nevenreacties zoals bij eerdere prototypes. Dit maakt de doorbraak betrouwbaar en herhaalbaar.
De studie legt ook belangrijke ontwerpprincipes voor toekomstige kathodematerialen bloot:
- Introduceer voldoende vrije ruimte in het materiaal;
- Verklein de deeltjes tot nanoschaal voor snellere ionendiffusie;
- Zorg voor compatibiliteit met geavanceerde elektrolyten.
Lithium-alternatief binnen handbereik
Deze vooruitgang plaatst magnesiumbatterijen eindelijk binnen handbereik van praktische toepassingen. Denk aan elektrische auto’s die sneller laden, energieopslag die veiliger is en het verminderen van de afhankelijkheid van schaars lithium.
“Dit is nog maar het begin,” benadrukt Ichitsubo. “We hebben bewezen dat magnesiumbatterijen bij kamertemperatuur werken. Opschaling kan leiden tot een veilig, duurzaam en betaalbaar alternatief voor lithium.”
