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Ryan Cohen Tao Wang Biografía y Hechos

Las baterías de magnesio son baterías que utilizan cationes de magnesio como agentes activos de transporte de carga en solución y, a menudo, como ánodo elemental de una célula electroquímica. Se han investigado tanto pilas primarias no recargables como pilas secundarias recargables. Las pilas primarias de magnesio se han comercializado y se han utilizado como pilas de reserva y de uso general. Las pilas secundarias de magnesio son un tema activo de investigación, concretamente como posible sustitución o mejora de la química de las baterías basadas en iones de litio en ciertas aplicaciones. Una ventaja significativa de las pilas de magnesio es el uso de un ánodo de magnesio sólido, que permite diseñar pilas de mayor densidad energética que las fabricadas con litio, que en muchos casos requieren un ánodo de litio intercalado. También se han investigado los ánodos de tipo inserción ("ión de magnesio) Células primarias Las pilas primarias de magnesio se vienen desarrollando desde principios del siglo XX. En el ánodo reactivo, aprovechan la baja estabilidad y la alta energía del magnesio metálico, cuyo enlace es más débil en más de 250 kJ/mol en comparación con el hierro y la mayoría de los demás metales de transición, que se enlazan fuertemente a través de sus orbitales d parcialmente llenos. Se han investigado varias químicas para tipos de pilas de reserva, con materiales catódicos como cloruro de plata, cloruro de cobre (I), cloruro de paladio (II), yoduro de cobre (I), tiocianato de cobre (I), dióxido de manganeso y aire (oxígeno).[1]Por ejemplo, una batería de reserva de cloruro de plata/magnesio activada por agua estuvo disponible comercialmente en 1943.[2] La pila seca de magnesio BA-4386 se comercializó con un coste por unidad cercano al de las pilas de zinc; en comparación con las pilas equivalentes de zinc-carbono, las pilas tenían mayor capacidad por volumen y una vida útil más larga. La BA-4386 fue ampliamente utilizada por el ejército estadounidense desde 1968 hasta 1984, cuando fue sustituida por una batería de cloruro de tionilo de litio.[3][4] Una pila de magnesio-aire tiene una tensión de funcionamiento teórica de 3,1 V y una densidad energética de 6,8 kWh/kg. Ya en los años 60, General Electric fabricó una pila de magnesio-aire que funcionaba en una solución neutra de NaCl. La pila de magnesio-aire es una pila primaria, pero puede "recargarse" sustituyendo el ánodo y el electrolito. Algunas baterías primarias de magnesio se han comercializado y se utilizan como sistemas de reserva en tierra y como fuentes de energía submarinas, utilizando agua de mar como electrolito.[5] El torpedo Mark 44 utiliza una batería de magnesio activada por agua. Células secundarias Descripción general Las baterías secundarias de iones de magnesio, que implican la inserción y extracción reversibles de iones Mg2+ en ánodos y cátodos durante la carga y la descarga, han sido objeto de intensas investigaciones como posible sustituto o mejora de las tecnologías de baterías de iones de litio en determinadas aplicaciones: en comparación con el litio metálico como material anódico, el magnesio tiene una densidad energética (teórica) por unidad de masa inferior a la mitad de la del litio (18,8 MJ/kg (~2205 mAh/g) frente a 42,3 MJ/kg), pero una densidad energética volumétrica en torno a un 50% superior (32,731 GJ/m3 (3833 mAh/mL) frente a 22,569 GJ/m3 (2046 mAh/mL).[6] En comparación con los ánodos metálicos de litio, los de magnesio no presentan formación de dendritas, aunque sólo en determinados disolventes no acuosos y a densidades de corriente inferiores a aproximadamente 1 mA/cm2.[7]Esta deposición de Mg sin dendritas permite utilizar magnesio metálico sin un compuesto de intercalación en el ánodo,[nota 1]elevando así la densidad de energía volumétrica relativa máxima teórica a unas 5 veces la de un electrodo de grafito de litio.[10] Además, el modelado y el análisis de celdas han indicado que las baterías basadas en magnesio pueden tener una ventaja de coste sobre las de litio debido a la abundancia de magnesio en la Tierra y a la relativa escasez de yacimientos de litio.[8][7]Ya en la década de 1990 se había reconocido el potencial de una batería basada en Mg con materiales catódicos de V2O5, TiS2 o Ti2S4 y ánodos metálicos de magnesio. Sin embargo, la observación de inestabilidades en el estado de descarga y las incertidumbres sobre el papel del agua en el electrolito limitaron el progreso.[11][12] La primera celda recargable exitosa se informó en 2000, basada en el cátodo Mo6S8 tipo chevrel con un electrolito basado en organohaloaluminato de magnesio/THF.[13] A partir de 2018, la investigación secundaria de baterías de magnesio no había producido una batería comercializar, con dificultades específicas que eran los electrolitos y los materiales del cátodo.[14][14]A partir de 2015, las barreras para producir una batería de magnesio comercialmente útil eran la falta de electrolitos prácticos demostrados y materiales de cátodo de alta densidad de energía para iones de magnesio.[14] Investigación Ánodos y electrolitos Uno de los principales inconvenientes de utilizar un ánodo metálico de magnesio es la tendencia a formar una capa superficial pasivante (no conductora) al recargarse, lo que bloquea la carga posterior (a diferencia del comportamiento del litio).[15] Se pensaba que la capa pasivante se originaba por la descomposición del electrolito durante la reducción de los iones de magnesio. Se descubrió que los contraiones comunes, como el perclorato y el tetrafluoroborato, contribuían a la pasivación, al igual que algunos disolventes apróticos polares comunes, como los carbonatos y los nitrilos.[16]La formación de capas pasivantes sobre el magnesio motiva el uso de intermetálicos de magnesio como materiales anódicos, ya que su menor reactividad con los electrolitos de uso común los hace menos propensos a la formación de capas pasivantes. Esto es especialmente cierto en el caso del compuesto intermetálico Mg3Bi2, que constituye un tipo de electrodo de inserción de magnesio, basado en la inserción reversible del magnesio metálico en un compuesto huésped.[17] Además del bismuto, también se han utilizado estaño y antimonio en electrodos de inserción de compuestos para baterías de iones de magnesio.[18]Se ha demostrado que pueden evitar la pasivación de la superficie del ánodo, pero sufren la destrucción del ánodo debido a los cambios volumétricos en la inserción, así como una cinética lenta de la inserción. Los ejemplos de tipos de ánodos de inserción investigados incluyen ciclos entre Sn elemental y Mg2Sn.[19][20][21] Se ha demostrado que los electrolitos etéreos basados en Grignard no pasivan;[22] los organoboratos de magnesio también mostraron electrodeposición sin pasivación. El compuesto Mg(BPh2Bu2)2 se utilizó en la primera pila de magnesio recargable demostrada, pero su utilidad se vio limitada por la oxidación electroquímica (es decir, un bajo lím.... Descubre los libros populares de Ryan Cohen Tao Wang. Encuentra los 100 libros más populares de Ryan Cohen Tao Wang

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