新型正極材料:有望讓鎂電池替代鋰離子電池
發布日期:2019-06-27    來源:中國高科技行業門戶    

主題詞正極材料 ; 鎂電池 ; 鋰離子電池

據外媒報道,現代生活對電的依賴越來越強,而對電力的不斷需求也使得人們對更環保、更便攜的能源需求越來越高。盡管風能和太陽能電池板是非常有前景的替代能源,但是由于此類能源的產量會受外部因素影響,因而非常不可靠。因此,從能源配置和經濟角度來看,高能量的二次電池(可充電電池或蓄電池)才是未來的發展方向。東京理科大學(Tokyo University of Science)的Idemoto教授帶領一組研究員,通過合成一種新型電極材料(金屬化合物),成功逆轉了離子的化學反應,解決了能源的浪費問題,為下一代可充電鎂電池的生產奠定了重要基礎。研究人員對該發現非常樂觀,表示:“我們合成了一種巖鹽,具有作為下一代二次電池正極材料的巨大潛力。”
 
 

電池是最受歡迎的便攜式能源,由三個基本部件組成 – 陽極、陰極和電解液,該三部分相互發生化學反應,陽極產生額外的電子(氧化),電子被陰極吸收(還原),從而產生氧化還原反應。由于電解液抑制了陽極和陰極之間的電子流動,電子會優先在外部電路流動,從而導致電流或“電”流動。當陰極/陽極中的材料不能再吸收/脫落電子時,電池就“死了”。

 

但是,有些材料利用反向運行的外部電力,能夠逆轉此類化學反應,從而使材料回到原來的狀態,此類可充電電池即手機、平板電腦和電動汽車等設備中的電池。

 

東京理科大學的Idemoto教授及其同事合成了取代鈷的MgNiO2材料,有潛力成為新型陰極材料。Idemoto教授表示:“我們專注于使用多價鎂離子作為可移動離子的可充電鎂電池,有望實現能量密度高的下一代可充電電池。”最近,由于鎂電池毒性低、容易實現逆轉反應,使人們對利用鎂作為高能量密度可充電電池的陽極材料產生了極大的興趣。但是,由于缺乏合適的互補型陰極和電解液,很難實現。

 

在標準實驗室技術的基礎上,研究人員利用“反向共沉淀法”合成了此種新型鹽,而且可從水溶液中提取此種新型巖鹽。為了研究萃取鹽的結構和晶格成像,研究人員采用了中子和同步X射線光譜學,換句話說,他們研究了粉末樣品在中子或x射線照射下產生的衍射圖樣,同時,對巖鹽種類進行理論計算和模擬,此類巖鹽具有正極材料所需的“充放電行為”,使得他們能夠根據生成的100個對稱不同候選結構中能量最穩定的結構,來確定鎂、鎳和鈷正離子在巖鹽結構中的排列。

 

除了結構分析,研究人員還用三極電池和已知的參考電極在各種條件下進行充放電測試,以了解巖鹽作為鎂充電電池正極材料的電化學性能,發現可以根據鎂的成分和鎳/鈷的比例來控制電池的特性。進行的結構和電化學分析使研究人員能夠展示巖鹽可作為正極材料,以及在不同環境下具有可靠性。

 

目前,二次電池行業主要以鋰離子電池為主,在汽車和便攜式設備中用于電力存儲。但是,此類電池的能量密度和電力存儲能力有限。然而,Idemoto教授表示,新型二次鎂電池作為高能量密度的二次電池,有能力替代鋰離子電池。



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