負(fù)極材料 用在正極
鋰電池每天給我們的手機(jī)、電腦、電動(dòng)車提供動(dòng)力，但是，鋰資源也面臨儲(chǔ)量有限且分布不均的問題，難以滿足未來大規(guī)模儲(chǔ)能要求。科學(xué)家們將研究目標(biāo)轉(zhuǎn)向了其他低成本的金屬元素，比如鎂離子電池。
近日，中科院深圳先進(jìn)院唐永炳研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出首個(gè)新型鎂基雙離子電池。團(tuán)隊(duì)成員張帆博士告訴深圳商報(bào)記者：“不同于傳統(tǒng)的鋰離子電池，石墨通常作為其負(fù)極材料，此次研發(fā)的鎂基雙離子電池，是將石墨材料用到了正極上。”
傳統(tǒng)的鋰離子電池，常用正極材料是鈷酸鋰等含鋰化合物，負(fù)極材料主要為石墨。電解液一般采用含有鋰鹽的有機(jī)溶劑。充電的時(shí)候，鋰離子從正極材料中“跑”出來，經(jīng)過電解液，運(yùn)動(dòng)到負(fù)極進(jìn)行反應(yīng)；放電的時(shí)候則是從負(fù)極運(yùn)動(dòng)到正極。
“鋰離子電池能量密度高、使用壽命長(zhǎng)，因此得以大規(guī)模應(yīng)用，但是由于儲(chǔ)量有限，人們需要研發(fā)其他種類的電池。”張帆告訴記者，“鎂離子電池具有高容量、儲(chǔ)量豐富等優(yōu)勢(shì)，在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域有良好應(yīng)用前景。”
關(guān)于鎂離子電池的研究目前尚處于初級(jí)階段，離商用還有一段距離，還有技術(shù)問題需要攻克。“鎂離子電池中的金屬鎂負(fù)極在傳統(tǒng)有機(jī)電解液中易發(fā)生鈍化，導(dǎo)致鎂離子不能可逆沉積/溶解。此外，還缺乏可逆脫嵌鎂離子的正極材料。”張帆解釋道，“也就是說，還沒有找到可商用的正極材料和電解液，可以讓鎂離子‘自由活動(dòng)’，導(dǎo)致目前的鎂離子電池可逆充放電性能差。”
針對(duì)以上問題，唐永炳團(tuán)隊(duì)研發(fā)出新型鎂基雙離子電池，采用一種PTCDI小分子有機(jī)材料作為負(fù)極，石墨材料則作為正極。此外，將含有鎂鹽的離子液體作為電解液。
“在單離子電池如鋰離子電池中，電解液中的鋰離子會(huì)在正負(fù)極之間移動(dòng)，就像搖椅一樣來回晃動(dòng)。而雙離子電池中，則是電解液中的陽離子和陰離子同時(shí)分別移動(dòng)到負(fù)極材料和正極材料上，發(fā)生電化學(xué)氧化還原反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)充放電。”張帆解釋道。
據(jù)悉，團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果表明，該鎂基雙離子電池具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能，20C的高倍率充放電容量保持率為85%，在5C倍率下循環(huán)500次后的容量保持率為95.7%。張帆表示，該項(xiàng)研究為發(fā)展新型鎂離子電池提供了新的思路，未來在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。
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