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突破多項技術 鎂金屬二次電池關鍵科學問題等方面取得系列進展
2022年07月04日 08:47:07
來源：化工儀器網 作者：羊舌木 點擊量：4730
中國科學院青島生物能源與過程研究所固態能源系統技術中心圍繞鎂電池中的關鍵科學問題，開展了大量富有影響力的研究工作。
【化工儀器網 項目成果】鎂二次電池指的是以金屬鎂為負極的可循環電池，組成鎂二次電池的核心是鎂負極、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，因為鎂及相當多的鎂化學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。
近年來發展起來的可循環鎂二次電池極具潛力，成為“后鋰離子電池”時期極具發展潛力的電池體系之一。中國是全球最大的鎂資源及鎂加工產品的生產國和出口國，因此，我國發展鎂電池具有得天獨厚的資源優勢和產業優勢。然而，鎂金屬二次電池的發展尚處于初期階段，還有諸多技術瓶頸亟待克服。
為此，中國科學院青島生物能源與過程研究所固態能源系統技術中心圍繞鎂電池中的關鍵科學問題，開展了大量富有影響力的研究工作。在鎂金屬負極是否存在枝晶問題上，研究團隊通過多種原位譜學表征證明，施加電流大小直接影響了電化學反應界面處的含氯物種分布，進而引發了不同的鎂溶出行為。該研究不僅引起科學家對各種金屬負極溶出行為的重點關注，同時啟發研究者們，要綜合考慮金屬負極的沉積-溶解過程才能判斷其真正的實用性。
研究團隊早期開發了大量銅硫化合物和銅硒化合物儲鎂正極材料，近期，為了充分認識其電荷存儲機制，研究團隊以Cu2-xSe為模型材料，利用該類材料中的特殊陰離子補償機制，在Cu2-xSe正極中引入Mo6S8，制備得到的嵌入-轉化型復合正極能夠有效固定正極側的多硒化物，顯著提高了電化學性能。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穩定性也有大幅提升。這項工作為硫族轉化型正極的研究提供了全新認識，對新型高能儲鎂正極的開發具有重要意義。
為了充分發揮鎂金屬電池的高安全特性，進一步拓展其在高溫特種電源方面的應用場景，研究團隊還設計開發了一種具有自支撐特性的單離子導體聚合物基鎂電解質，能夠表現出優異的綜合電化學性能。利用該聚合物電解質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域提供了技術儲備。
鎂電池滿足了人們對于開發高性能、低成本、安全環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備的新能源的一天。
(資料來源：科技日報)
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