Nahradí hořčík lithium v elektrochemických článcích?

Neexistující pevný vodič hořčíkových kationtů Mg2+ až doteď představoval zásadní překážku pro zkonstruování hořčíkových baterií. Elektrochemici obecně předpokládali, že pevné vodiče s kationtovou vodivostí pro dvojmocné kationty kovů nemají dostatečnou vodivost. Tento problém se právě podařilo překovat. Vodivost hořčíkových vodičů poprvé překročila hranici 10-3 S/cm, čímž byl učiněn první krok k hořčíkovým článkům. To velké S je zkratka jednotky vodivosti siemens, což je převrácená hodnota elektrického odporu. Základem nového vodiče je bis(trifluoromethansulfonyl)imid hořečnatý, jehož chemickou strukturu vidíme nahoře na obrázku. Správně vodivý vodič vytvoří ve směsi s chromitým koordinačním polymerem Cr3O(NO3).(H2O)2(OOCC6H4COO)3, kde –OOCC6H4COO– je tereftalát, anion tereftalové kyseliny. Porézní sloučenina vytváří strukturu, ve které hořečnaté kationty leží na povrchu pórů, takže se mohou snadno pohybovat.

Pro zvýšení pohyblivosti Mg2+ a tím vodivosti je třeba strukturu promazat přídavkem rozpouštědla acetonitrilu. CH3C≡N. Dosažená vodivost činí 1,9 × 10-3 S/cm.

Proč je třeba udělat první krok k hořčíkovým článkům?

Lithiové články v současnosti nemají konkurenci, ale v budoucnu by lithium mohlo představovat problém. Proto vědci pracují na podobných článcích s jinými kovy, např. zmíněným hořčíkem anebo sodíkem. Šéf výzkumného týmu Masaaki Sadakiyo z Tokijské přírodovědné univerzity první krok k hořčíkovým článkům komentuje takto: „Dlouho lidé věřili, že dvojmocné ionty nebo ionty s vyšší valenci nelze účinně přenášet pevnou látkou. V této studii jsme prokázali, že pokud jsou krystalová struktura a okolní prostředí dobře navrženy, pak výsledkem výzkumu je vysoce vodivý vodič v pevné fázi. Doufáme, že dále přispějeme společnosti vývojem divalentního vodiče s ještě vyšší iontovou vodivostí.“

Yuto Yoshida et al., Super Mg2+ Conductivity around 10–3 S cm–1 Observed in a Porous Metal–Organic Framework, J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 19, 8669–8675, https://doi.org/10.1021/jacs.2c01612

23. května 2022 akademon.cz: Nový akumulátor s fluoridovými ionty

9. října 2019 akademon.cz: Nobelova cena za chemii

3. dubna 2017 akademon.cz: Přelomový akumulátor

9. března 2009 akademon.cz: Akumulátor z taveniny