镁科研:研究人员研发新型阴极和电解液 使高功率镁电池成为可能 ...

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长期以来,镁电池一直被认为是锂电池的理想代替品,因为其更安全、成本更低。但是由于电容量有限,镁电池的发展一直受限。

据外媒报道,休斯顿大学(University of Houston)和丰田北美研究所(Toyota Research Institute of North America)的研究人员已经开发出一种新型阴极和电解液,可用于制作高功率镁电池,使镁电池不仅可在室温下工作,功率密度也能媲美锂电池。而阴极和电解液之前一直是影响镁电池发展的限制性因素。

镁离子的电荷是锂离子的两倍,但二者离子半径却很接近。因此,在室温下,镁在电解质中的解离及在电极中的扩散过程(在插层阴极中发生的两个重要过程)都十分缓慢,进而导致其功率性能低。解决这些挑战的方法有,改进其在高温下的化学反应,或者以复杂形态存储镁离子,从而试图绕开这一难题。但是实际上,这两种方法都不可行。

新阴极和电解液使高功率镁电池成为可能;图片:休斯顿大学

美国休斯顿大学电子与计算机工程系教授Yan Yao表示,研究人员将有机醌阴极和定制的新型硼簇电解质溶液结合,并取得了突破性成果。该教授表示,“我们通过一种异质烯化氧化还原化学方法,创建一个不受离子解离和固态扩散阻碍的阴极,从而不会再影响镁电池在室温下的有效运行”。这种新型的氧化还原化学反应不需要固态插层,而仅存储镁(而不再存储镁的复杂形态),从而为镁电池的电极设计开辟了一条新的途径。”

TRINA研究人员在镁电池领域取得了巨大进步,包括开发了获高度认可的、基于硼簇阴离子的高效电解质。但是,这种电解质对高电池循环速率仍有影响。TRINA 材料研究部门的首席科学家Rana Mohtadi指出,“我们认为,理论上,基于这些弱配位阴离子的电解质应该具有支持非常高循环速率的潜力,所以我们一直在努力改进其特性。当我们把研究重点放在溶剂上,研究如何降低溶剂与镁离子的结合,并提高整体运输动力时,我们就找到了解决方案。“令我们兴奋的是,镀有改进后的电解液,镁即使在超高循环速率下仍能保持光滑。我们相信,这一发现预示着镁电池电化学领域的一个新方向。”

另一位研究人员表示,“这种新型镁电池的功率密度比之前的镁电池高出近2个数量级,能够以82%的容量保持率持续运行超200次循环,显示出了高稳定性“。我们可以通过调整膜的性能,增强中间捕集能力,进一步提高循环稳定性。”

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本文作者2020-12-5 13:38
镁途
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