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突破多項技術(shù) 鎂金屬二次電池關(guān)鍵科學(xué)問題等方面取得系列進(jìn)展
2022年07月04日 08:47:07
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點擊量：4707
中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心圍繞鎂電池中的關(guān)鍵科學(xué)問題，開展了大量富有影響力的研究工作。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】鎂二次電池指的是以金屬鎂為負(fù)極的可循環(huán)電池，組成鎂二次電池的核心是鎂負(fù)極、電解液及能嵌入Mg的正極材料。金屬鎂具有極高的體積容量，是作為高體積能量密度電池負(fù)極的極佳選擇。鎂二次電池的工作原理與鋰二次電池原理相同，但是，鎂二次電池比鋰二次電池更安全，因為鎂及相當(dāng)多的鎂化學(xué)物都是無毒或低毒的，并且鎂不如鋰活潑，更易于加工操作，鎂暴露在空氣也比鋰安全，而且鎂電池沒有類似鋰電池的枝晶生長的問題。
近年來發(fā)展起來的可循環(huán)鎂二次電池極具潛力，成為“后鋰離子電池”時期極具發(fā)展?jié)摿Φ碾姵伢w系之一。中國是全球最大的鎂資源及鎂加工產(chǎn)品的生產(chǎn)國和出口國，因此，我國發(fā)展鎂電池具有得天獨厚的資源優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。然而，鎂金屬二次電池的發(fā)展尚處于初期階段，還有諸多技術(shù)瓶頸亟待克服。
為此，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心圍繞鎂電池中的關(guān)鍵科學(xué)問題，開展了大量富有影響力的研究工作。在鎂金屬負(fù)極是否存在枝晶問題上，研究團(tuán)隊通過多種原位譜學(xué)表征證明，施加電流大小直接影響了電化學(xué)反應(yīng)界面處的含氯物種分布，進(jìn)而引發(fā)了不同的鎂溶出行為。該研究不僅引起科學(xué)家對各種金屬負(fù)極溶出行為的重點關(guān)注，同時啟發(fā)研究者們，要綜合考慮金屬負(fù)極的沉積-溶解過程才能判斷其真正的實用性。
研究團(tuán)隊早期開發(fā)了大量銅硫化合物和銅硒化合物儲鎂正極材料，近期，為了充分認(rèn)識其電荷存儲機(jī)制，研究團(tuán)隊以Cu2-xSe為模型材料，利用該類材料中的特殊陰離子補(bǔ)償機(jī)制，在Cu2-xSe正極中引入Mo6S8，制備得到的嵌入-轉(zhuǎn)化型復(fù)合正極能夠有效固定正極側(cè)的多硒化物，顯著提高了電化學(xué)性能。在100mA g-1的電流密度下，可逆比容量從140mAh g-1提高到220mAh g-1，而且倍率性能和長循環(huán)穩(wěn)定性也有大幅提升。這項工作為硫族轉(zhuǎn)化型正極的研究提供了全新認(rèn)識，對新型高能儲鎂正極的開發(fā)具有重要意義。
為了充分發(fā)揮鎂金屬電池的高安全特性，進(jìn)一步拓展其在高溫特種電源方面的應(yīng)用場景，研究團(tuán)隊還設(shè)計開發(fā)了一種具有自支撐特性的單離子導(dǎo)體聚合物基鎂電解質(zhì)，能夠表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合電化學(xué)性能。利用該聚合物電解質(zhì)組裝的鎂金屬二次電池可以在150℃高溫條件下正常運行，還為地下資源勘探、火星探測等高溫特種電源領(lǐng)域提供了技術(shù)儲備。
鎂電池滿足了人們對于開發(fā)高性能、低成本、安全環(huán)保的大型充電電池的需求。但由于目前鎂電池的容量不足，鎂二次電池的研究還處于初級階段，離實際應(yīng)用仍有一段距離。但隨著對鎂二次電池研究的不斷深入，我們很有可能可以看到，鎂二次電池真正成為大型設(shè)備的新能源的一天。
(資料來源：科技日報)
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