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Bezug zu verwandten Anmeldungen
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft elektrochemische Vorrichtungen, wie beispielsweise Batterien, insbesondere wiederaufladbare Batterien, wie beispielsweise eine wiederaufladbare Magnesium-Ionen-Batterie.
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Hintergrund der Erfindung
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Wiederaufladbare Batterien, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, weisen zahlreiche kommerzielle Anwendungen auf. Die Energiedichte ist eine wichtige Eigenschaft, und höhere Energiedichten werden für eine Reihe von Anwendungen gewünscht.
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Ein Magnesium-Ion in einer Magnesium-Ionen-Batterie trägt zwei elektrische Ladungen, im Gegensatz zu der einzigen Ladung eines Lithium-Ions. Verbesserte Elektrodenmaterialien wären sehr hilfreich, um Batterien mit hohen Energiedichten zu entwickeln.
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Gattungsgemäße wiederaufladbare Batterien sind beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
US 2008 044 725 A1 bekannt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Gegenstand der Erfindung ist definiert in Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 5. Offenbart werden Magnesium-basierte Batterien, die eine Elektrode aufweisen, die ein aktives Material umfasst, wobei das aktive Material ein Element der Gruppe 15, wie beispielsweise Bismuth (Bi), umfasst. In einigen Beispielen umfasst das aktive Material ein Chalkogenid eines Elements der Gruppe 15, wie beispielsweise ein Oxid, ein Sulfid, ein Selenid, oder ein Tellurid eines Elements der Gruppe 15, wie beispielsweise Phosphor, Arsen, Antimon oder Bismuth. Ein besonderes Beispiel ist ein aktives Material, welches Bismuthoxid umfasst. Beispielsweise kann Bismuthoxid in Gestalt von Partikeln, wie beispielsweise mikroskalige, submikro- oder nanoskalige Bi2O3-Partikel, vorhanden sein. Die Beispiele umfassen wiederaufladbare Magnesium-Ionen-Batterien.
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Beispiele der vorliegenden Erfindung schließen verbesserte aktive Materialen für elektrochemische Vorrichtungen, wie beispielsweise wiederaufladbare Magnesium-Ionen-Batterien, ein. Ein neuartiges aktives Material kann in der positiven Elektrode oder in der negativen Elektrode einer Batterie verwendet werden.
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In einigen repräsentativen Beispielen kann die negative Elektrode Magnesiummetall sein, und die positive Elektrode kann ein aktives Material aufweisen, das eine Verbindung von Bismuth und/oder eines weiteren Elements der Gruppe 15 umfasst. Die positive Elektrode kann Bismuthoxid aufweisen. Die positive Elektrode kann ferner ein Elektronen leitendes Material und/oder ein Bindemittel umfassen.
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In weiteren repräsentativen Beispielen kann das Material für die positive Elektrode jedes herkömmliche aktive Material sein, und die negative Elektrode kann ein neues aktives Material gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie beispielsweise eine Verbindung der Gruppe 15, aufweisen. Beispielsweise kann die negative Elektrode Bismuthoxid aufweisen, und kann ferner ein Elektronen leitendes Material und/oder ein Bindemittel umfassen.
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Beispielhafte Batterien können eine negative Elektrode, eine positive Elektrode und eine Elektrolytschicht umfassen. Die Elektrolytschicht kann durch einen Separator bereit gestellt werden, der mit einer Elektrolytlösung getränkt bzw. durchtränkt ist. Die Elektrolytlösung umfasst Magnesium-Ionen oder andere aktive Ionen gemäß dem Typ der Batterie. Beispielsweise kann der Elektrolyt eine nichtwässerige Flüssigkeit und ein Magnesiumsalz aufweisen.
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Ein verbessertes aktives Material kann ferner ein elektrisch leitfähiges Material, wie beispielsweise Kohlenstoff, und ein Bindemittel, wie beispielsweise ein Polymer-Bindemittel, umfassen.
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Eine beispielhafte Batterie auf Magnesium-Basis weist eine erste Elektrode, umfassend ein aktives Material, eine zweite Elektrode und einen Elektrolyten auf, der zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, wobei der Elektrolyt ein Magnesiumsalz umfasst, wobei das aktive Material eine Verbindung der Gruppe 15, wie beispielsweise ein Chalkogenid der Gruppe 15, wie beispielsweise eine Bismuthverbindung, insbesondere Bismuthoxid, umfasst. In den verschiedenen Beispielen kann die erste Elektrode entweder die positive Elektrode oder die negative Elektrode der Batterie sein.
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Eine beispielhafte Magnesium-Ionen-Batterie weist eine positive Elektrode, welche ein aktives Material umfasst, eine negative Elektrode, welche ein Magnesium enthaltendes Metall, wie beispielsweise metallisches Magnesium oder eine Magnesium-Legierung, umfasst, und ein Elektrolyt auf, welches ein Magnesiumsalz umfasst, welcher zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist. Das aktive Material umfasst eine Verbindung der Gruppe 15, wie beispielsweise ein Chalkogenid der Gruppe 15, wie beispielsweise eine Bismuthverbindung, wie beispielsweise Bismuthoxid.
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Eine weitere beispielhafte Magnesium-Ionen-Batterie weist eine positive Elektrode, welche ein erstes aktives Material umfasst, eine negative Elektrode, welche ein zweites aktives Material umfasst, und einen Elektrolyten auf, welcher zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, wobei der Elektrolyt ein Magnesiumsalz umfasst. Das aktive Material umfasst eine Verbindung der Gruppe 15, beispielsweise ein Chalkogenid der Gruppe 15, wie beispielsweise eine Bismuthverbindung, insbesondere Bismuthoxid. Das zweite aktive Material kann jedes Material aufweisen, das geeignet ist, mit den Magnesium-Ionen des Elektrolyten elektrolytisch in Wechselwirkung zu treten. Die Elektroden können ein Bindemittel und ein elektrisch leitendes Material zusätzlich zum aktiven Material umfassen, und können von einem Stromabnehmer getragen werden.
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Figurenliste
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- 1 stellt eine Magnesium-Ionen-Batterie dar, welche eine negative Elektrode aus Magnesiummetall und eine positive Elektrode aufweist, welche ein neuartiges aktives Material umfasst.
- 2 stellt eine Magnesium-Ionen-Batterie dar, welche ein neuartiges aktives Material innerhalb der negativen Elektrode aufweist.
- Die 3A bis 3C stellen Ladungs-Entladungs-Kurven für ein Magnesium/Bismuthoxid-Halbelement bzw. eine Magnesium/Bismuthoxid-Halbzelle für drei Zyklen als eine Funktion der Partikelgröße dar.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Die Beispiele der vorliegenden Erfindung umfassen elektrochemische Vorrichtungen, wie beispielsweise Batterien, insbesondere wiederaufladbare Batterien. Die Beispiele umfassen Batterien auf Magnesium-Basis und insbesondere Materialien, die als aktive Materialien innerhalb der Elektroden einer Magnesium-Ionen-Batterie verwendet werden. Insbesondere umfasst eine beispielhafte Batterie ein aktives Elektrodenmaterial, das wenigstens ein Element der Gruppe 15 aufweist. Beispielsweise kann das aktive Material ein Chalkogenid eines Elements der Gruppe 15 umfassen. Die verbesserten aktiven Materialien, die hier beschrieben werden, können innerhalb der Kathode und/oder der Anode einer beispielhaften Batterie verwendet werden.
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In einem spezifischen Beispiel, welches nicht als beschränkend angesehen werden soll, umfasst ein verbessertes aktives Material für eine Magnesium-Ionen-Batterie Bismuthoxid.
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Von einer wiederaufladbaren Magnesium-Ionen-Batterie wird erwartet, dass sie aufgrund ihrer hohen Kapazitätsdichte ein Batteriesystem von hoher Energie ist. Insbesondere überträgt das Magnesium-Ion im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien zwei Elektronen pro Magnesium-Ion. Jedoch waren vormals keine guten aktiven Materialien für Kathoden und/oder Anoden verfügbar bzw. vorhanden, welche den Vorteil der hohen Kapazitätsdichte vollständig nutzen können.
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In den Beispielen der vorliegenden Erfindung werden verbesserte aktive Materialien, welche ein Element der Gruppe 15 umfassen, als das aktive Material für eine wiederaufladbare Batterie verwendet. Beispielhafte Elektroden umfassen ein aktives Material, das eine Verbindung umfasst, wie beispielsweise ein Chalkogenid, von wenigstens einem Element aus der Gruppe der Elemente, welche aus Bismuth, Antimon, Arsen oder Phosphor besteht. Repräsentative Beispiele sind Chalkogenide von Bismuth, Antimon und Arsen oder Kombinationen derselben. Ein bevorzugtes aktives Material umfasst Bismuth, wie beispielsweise eine Bismuthverbindung, wie beispielsweise ein Bismuth-Chalkogenid. Die besonderen Beispiele des neuartigen, aktiven Materials umfassen Chalkogenide der Elemente der Gruppe 15, wie beispielsweise Oxide, Sulfide und Selenide derselben. Ein Chalkogenid kann ein oder mehrere Elemente der Gruppe 16 umfassen, wie beispielsweise ein oder mehrere von Sauerstoff, Schwefel, Selen und Tellur.
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Ein besonderes Beispiel für ein verbessertes aktives Material enthält Bismuthoxid. Beispielsweise kann Bismuth (III) Oxid, Bi2O3, in einem verbesserten aktiven Material verwendet werden. Weitere Beispiele umfassen Bismuthsulfid, Bismuthselenid, Antimonoxid, Antimonsulfid, Antimonselenid, Arsenoxid, Arsensulfid, Antimonselenid, gemischte Chalkogenide, wie beispielsweise Selenidsulfide von einem oder mehreren Elementen der Gruppe 15 und dergleichen.
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Das aktive Material kann ferner ein elektrisch leitfähiges Material und ein Bindemittel aufweisen. Beispielhafte elektrisch leitende Materialien umfassen Kohlenstoffpartikel, wie beispielsweise Carbon black bzw. Ruß. Beispielhafte Bindemittel umfassen Polymere.
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1 stellt eine wiederaufladbare Magnesium-Ionen-Batterie dar, welche ein verbessertes aktives Material für die positive Elektrode aufweist. Die Batterie enthält eine negative Elektrode 10, welche Magnesiummetall enthält, eine Elektrolytschicht 12, eine positive Elektrode 14, einen Stromabnehmer 16, ein Gehäuse 18 der negativen Elektrode, ein Gehäuse 20 der positiven Elektrode und eine Dichtung 22. Die Elektrolytschicht 12 weist einen Separator auf, der mit einer Elektrolytlösung getränkt ist, und die positive Elektrode 14 wird von dem Stromabnehmer 16 getragen. In diesem Beispiel umfasst die positive Elektrode ein verbessertes aktives Material gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung, einen leitfähigen Kohlenstoff und ein Bindemittel. Beispielsweise kann die positive Elektrode Bismuthoxid, ein anderes Chalkogenid der Gruppe 15 oder eine weitere Verbindung der Gruppe 15 umfassen.
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2 stellt ein weiteres Beispiel dar, bei dem ein neues aktives Material in der negativen Elektrode einer wiederaufladbaren Magnesium-Batterie verwendet wird. Die Batterie weist eine negative Elektrode 30, einen Stromabnehmer 32, eine Elektrolytschicht 34, eine positive Elektrode 36, einen Stromabnehmer 38, ein Gehäuse 40 für die negative Elektrode, eine Dichtung 42 und ein Gehäuse 44 für die positive Elektrode auf. Die Elektrolytschicht 34 weist einen Separator auf, der mit einer Elektrolytlösung getränkt ist, und die positive und die negative Elektroden werden von den jeweiligen Stromabnehmern getragen. In diesem Beispiel umfasst die negative Elektrode ein verbessertes aktives Material gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung, einen leitfähigen Kohlenstoff und ein Bindemittel. Beispielsweise kann die negative Elektrode Bismithoxid, ein weiteres Chalkogenid der Gruppe 15 oder eine weitere Verbindung der Gruppe 15 umfassen. Die positive Elektrode kann jedes herkömmliche aktive Material umfassen, das in den positiven Elektroden von derartigen wiederaufladbaren Batterien verwendet wird, wie beispielsweise ein weiteres Oxid, und kann ferner einen leitfähigen Kohlenstoff und ein Bindemittel aufweisen. In einer wiederaufladbaren Batterie gehen die Magnesium-Ionen zwischen dem ersten und dem zweiten aktivem Material während der Lade-/Entlade-Zyklen über.
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Die 3A bis 3C stellen einen Vergleich der Lade-/Entlade-Kurven für drei Bismuthoxid-Elektroden dar. Im Allgemeinen zeigten die Elektrodenanordnungen bzw. Elektrodenkonfigurationen eine Energiedichte von mehr als 300 Milliampere-Stunden/Gramm übereinstimmend bzw. einheitlich bzw. beständig nach bzw. ab dem zweiten Zyklus.
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3A stellt Lade-/Entlade-Kurven für nanoskalige (nano scale) Bismuthoxid-Partikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 20 nm dar. 3B stellt Kurven für Bismuthoxid-Partikel im Submikrometerbereich (submicron scale) dar, die einen mittleren Durchmesser von 100 nm aufweisen. 3C stellt Kurven für Bismuthoxid-Partikel im Mikrobereich bzw. Mikrometerbereich (micro scale) dar, die einen mittleren Durchmesser von 10 µm aufweisen.
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Die Figuren stellen die Kurven für ein Magnesium/Bismuthoxid-Halbelement bzw. eine Magnesium/Bismuthoxid-Halbzelle während der ersten drei Zyklen dar. Während des ersten Zyklus des nanoskaligen Materials (3A) wies die Elektrodenanordnung auf Basis von nanoskaligen Bi2O3-Partikeln eine Entladekapazität von 641 mAh/g auf, aber nur etwa 40 % der Kapazität waren reversibel. Für die zweiten und dritten Zyklen verbesserte sich der Coulomb-Wirkungsgrad (Coulombic efficiency) allmählich bis auf etwa 80 %, und eine durchgehend stabile Entladekapazität von mehr als 300 mAh/g wurde in den weiteren Zyklen erhalten. In dem Fall von Bismuthoxid entspricht eine Kapazität von 300 mAh/g 2.670 Milliampere-Stunden pro Kubikcentimeter (mAh/cm3), im Vergleich zu einer Zahl bzw. einem Betrag für Lithiummetall von 2.061 mAh/cm3. Daher hat das Magnesium/Bismuthoxid-System signifikante potentielle Vorteile bzw. Potential-Vorteile hinsichtlich der volumetrischen Kapazitätsdichte gegenüber Lithium-Ionen-Batterien.
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Die Ergebnisse, welche in den 3A bis 3C dargestellt sind, zeigen, dass verbesserte Eigenschaften über einen weiten Bereich der Partikelgröße erhalten werden. Dies ist das erste Mal, dass eine Energiedichte von mehr als 300 Milliampere-Stunden/Gramm (mAh/g oder mAhg-1) für eine wiederaufladbare Magnesium-Batterie erhalten worden ist.
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Folglich weist ein verbessertes aktives Material ein Element der Gruppe 15, wie beispielsweise Bismuth, auf, welches in der Gestalt eines Chalkogenids, wie beispielsweise ein Oxid, ein Sulfid, ein Selenid oder ein Tellurid vorhanden sein kann. Das verbesserte aktive Material kann in der positiven oder in der negativen Elektrode einer elektrochemischen Vorrichtung, wie beispielsweise einer wiederaufladbaren Batterie verwendet werden. Das aktive Material kann ein oder mehrere Elemente der Gruppe 15 umfassen, wie beispielsweise ein Oxid, ein Sulfid, ein Selenid oder ein Tellurid (oder eine Kombination derselben) von einem oder mehreren Elementen der Gruppe 15.
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Eine beispielhafte wiederaufladbare Batterie enthält eine Elektrolytschicht, wie beispielsweise eine nicht wässerige Elektrolytschicht, die Magnesium-Ionen umfasst. Viele Beispiele, die hier diskutiert werden, betreffen Magnesium-Ionen-Batterien. Jedoch umfassen andere Beispiele weitere Batterien auf Basis von ErdalkaliMetallionen, wie beispielsweise Batterien auf Basis von Calcium-Ionen. Beispiele können auch Batterien auf Basis von Aluminium-Ionen umfassen. Beispielsweise kann die Batterie von 1 eine negative Elektrode aufweisen, die ein Calciummetall oder Aluminiummetall jeweils umfasst, wobei der Elektrolyt die geeignete, elektrolytisch aktive Ionenspezies umfasst. In einigen Beispielen kann eine Batterie unter Verwendung einer Mehrzahl von elektrolytisch aktiven Ionenspezien funktionieren bzw. arbeiten. Andere beispielhafte wiederaufladbare Ionen-Batterien, welche verbesserte aktive Materialien gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden können, umfassen Batterien auf Basis von Beryllium-Ionen, Strontium-Ionen und Barium-Ionen.
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Die Elektrolytschicht kann einen Separator umfassen, der hilft, eine elektrische Isolierung zwischen der positiven und der negativen Elektrode aufrecht zu erhalten. Ein Separator kann Fasern, Partikel, ein Netz, ein poröses Blatt (sheet) oder eine andere Gestalt eines Materials aufweisen, das geeignet ist, um das Risiko eines physikalischen Kontakts und/oder eines Kurzschlusses zwischen den Elektroden zu vermindern. Der Separator kann ein Einheitselement sein, oder kann eine Mehrzahl von diskreten Abstandselementen (spacer elements), wie beispielsweise Partikel oder Fasern, aufweisen. Die Elektrolytschicht kann einen Separator aufweisen, der mit einer Elektrolytlösung getränkt ist. In einigen Beispielen, beispielsweise bei der Verwendung eines Polymerelektrolyten, kann der Separator weggelassen sein bzw. werden.
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Die Elektrolytschicht kann ein nicht wässeriges Lösungsmittel, wie beispielsweise ein organisches Lösungsmittel, und ein Salz des aktiven Ions, wie beispielsweise ein Magnesiumsalz umfassen. Magnesium-Ionen, die vom Magnesiumsalz bereit gestellt werden, welchselwirken elektrolytisch mit dem aktiven Material bzw. aktiven Materialien. Ein Elektrolyt kann ein Elektrolyt sein, der Magnesium-Ionen umfasst oder auf andere Weise bereit stellt, wie beispielsweise ein nicht wässeriger oder aprotischer Elektrolyt, umfassend ein Magnesiumsalz. Der Elektrolyt kann ein organisches Lösungsmittel umfassen. Magnesium-Ionen können als ein Salz oder ein Komplex des Magnesiums oder in irgendeiner geeigneten Form vorhanden sein.
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Ein Elektrolyt kann weitere Verbindungen, wie beispielsweise Zusätze, umfassen, um die Ionenleitfähigkeit zu verbessern, und kann in einigen Beispielen saure oder basische Verbindungen als Additive umfassen. Ein Elektrolyt kann eine Flüssigkeit, ein Gel oder ein Feststoff sein. Ein Elektrolyt kann ein Polymerelektrolyt, welcher beispielsweise ein plastifiziertes Polymer aufweist, sein und kann ein Polymer aufweisen, das mit Magnesium-Ionen getränkt ist oder diese anderweitig umfasst. In einigen Beispielen kann ein Elektrolyt ein geschmolzenes Salz aufweisen.
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In dem Beispiel einer Batterie, welche eine negative Elektrode aufweist, die ein Magnesiummetall umfasst, kann das Magnesium als ein Blatt (sheet), ein Band (ribbon), als Partikel oder in einer anderen physikalischen Gestalt vorhanden sein. Das Magnesium kann als im wesentlichen reines Magnesiummetall oder in einer anderen Gestalt vorhanden sein. Beispielsweise kann eine negative Elektrode ein Magnesium enthaltendes Metall aufweisen, wie beispielsweise eine Magnesium-Legierung. Eine Magnesium enthaltende Elektrode kann von einem Stromabnehmer getragen bzw. gehalten sein.
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Ein Stromabnehmer kann ein Metall oder ein anderes elektrisch leitendes Blatt (sheet) bzw. Bogen aufweisen, auf dem die Elektrode getragen bzw. gehalten ist. Ein Metallblatt kann Aluminium, Kupfer oder ein weiteres Metall oder eine Legierung aufweisen. In einigen Beispielen kann ein Metallgehäuse die Funktion eines Stromabnehmers bereitstellen. Weitere leitende Materialien, wie beispielsweise elektrisch leitende Polymere, können als der Stromabnehmer verwendet werden.
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Ein Bindemittel, das in einer Elektrode verwendet wird, kann jedes Material aufweisen, das geeignet ist, die Elektrodenbestandteile zu binden. Viele Bindemittel sind im technischen Gebiet der Batterien bekannt, beispielsweise sind verschiedene Polymerbindemittel bekannt und können verwendet werden.
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Das aktive Material kann in Partikelform vorliegen, beispielsweise mit einem durchschnittlichen (mittleren oder medialen) Durchmesser (oder andere analoge Querschnittsdurchmesser) in einem Bereich von 1 nm bis 100 µm, insbesondere in dem Bereich 1 nm bis 20 µm, wie beispielsweise 10 nm bis 10 µm. In einigen Beispielen sind die Partikel nanoskalig, und weisen beispielsweise einen durchschnittlichen (mittleren oder medialen) Durchmesser (oder andere analoge QuerschnittsDurchmesser) in dem Bereich von 1 nm bis 1 µm, wie beispielsweise 1 nm bis 100 nm auf. Jedoch ist die Erfindung nicht auf irgendeine bestimme durchschnittliche Partikelgröße oder Partikelgrößenverteilung beschränkt.
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Die Beispiele, wie jene, die in den 1 und 2 dargestellt sind, können in Gestalt von Knopfzellen vorliegen. Jedoch ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Gestalt der Batterie beschränkt. Beispiele der vorliegenden Erfindung umfassen Batterien, die ein oder mehrere Zellen aufweisen, die elektrisch parallel und/oder in Serie geschaltet sind, in irgendeinem geeigneten Formfaktor, wie beispielsweise Knopfzellen, andere runde Zellen, zylindrische Zellen, rechteckige oder andere prismatische Zellen und dergleichen. Eine beispielhafte Vorrichtung umfasst auch aufgerollte Batteriegestalten bzw. -gestaltungen bzw. -formen und Kombinationen von einer Batterie mit einem Superkondensator bzw. Kondensator und/oder einer Brennstoffzelle, und dergleichen.
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Beispiele der vorliegenden Erfindung umfassen auch verschiedene elektrisch betriebene Vorrichtungen bzw. Apparate, wie beispielsweise elektronische Endverbraucher-Vorrichtungen, medizinische Vorrichtungen, elektrische oder HybridFahrzeuge oder weitere Vorrichtungen, die Batterien gemäß den Beispielen der vorliegenden Erfindung umfassen.
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Ein aktives Material, welches eine Verbindung der Gruppe 15 (beispielsweise ein Chalkogenid der Gruppe 15, wie beispielsweise eine Bismuthverbindung, insbesondere Bismuthoxid) umfasst, kann zusätzliche elementare Bestandteile umfassen. Beispiele umfassen gemischte Oxide von Bismuth und Seltenerd-Elementen, anderen Übergangsmetallen oder andere Oxide.
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Beispiele für die aktiven Materialien umfassen auch Verbindungen von einem oder mehreren Elementen der Gruppe 15 (zum Beispiel ein oder mehrere Elemente, die ausgewählt sind aus Phosphor, Arsen, Antimon und Bismuth), und ein oder mehrere Chalkogene (zum Beispiel ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus Sauerstoff, Schwefel, Selen und Tellur). Repräsentative Beispiele umfassen Oxide, Selenide, Sulfide, Telluride, Selenidsulfide, Selenidtelluride, Sulfidtelluride, und dergleichen. Derartige Verbindungen können ein oder mehrere Elemente der Gruppe 15 umfassen, und können ferner ein oder mehrere weitere Metalle umfassen. Vorzugsweise sind die aktiven Materialien unter bzw. bei Betriebstemperaturen feste Materialien.
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Beispiele der vorliegenden Erfindung umfassen sowohl primäre (nicht wiederaufladbare Batterien, zum Beispiel Magnesium-Batterien) und sekundäre Batterien (wiederaufladbare Batterien, zum Beispiel Magnesium-Ionen-Batterien). Spezifische Beispiele umfassen wiederaufladbare Magnesium-Ionen-Batterien. Der Begriff „Batterie auf Magnesiumbasis“ umfasst sowohl primäre als auch sekundäre Batterien, zum Beispiel sowohl Magnesium-Batterien als auch Magnesium-Ionen-Batterien. Beispiele der vorliegenden Erfindung umfassen jede Batterie auf Magnesiumbasis, einschließend wiederaufladbare Magnesium-Ionen-Batterien, die eine Energiedichte aufweisen, die größer als jene herkömmlicher wiederaufladbarer Lithium-Ionen-Batterien ist.
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Die Elektroden können durch jedes geeignete Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann eine Paste aus Partikeln des aktiven Material, aus einem Bindemittel, und einem Elektronen leitenden Material ausgebildet sein (zum Beispiel graphitische Kohlenstoffpartikel oder Carbon black bzw. Ruß). Die Paste kann auf einem elektrisch leitenden Substrat, wie beispielsweise einem Stromabnehmer, aufgebracht werden und wärmebehandelt werden, falls erforderlich.
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Ein verbesserter Prozess der Fertigung einer Batterie, wie beispielsweise einer wiederaufladbaren Magnesium-Ionen-Batterie, weist das Bereitstellen der ersten und zweiten Elektroden, welche durch einen Elektrolyten getrennt sind, auf, wobei wenigstens eine Elektrode eine Verbindung der Gruppe 15 umfasst, wie beispielsweise ein Chalkogenid der Gruppe 15, beispielsweise eine Bismuthverbindung, wie beispielsweise ein Bismuth-Chalkogenid, zum Beispiel Bismuthoxid.
