負極材料 用在正極
鋰電池每天給我們的手機、電腦、電動(dòng)車(chē)提供動(dòng)力，但是，鋰資源也面臨儲量有限且分布不均的問(wèn)題，難以滿(mǎn)足未來(lái)大規模儲能要求?？茖W(xué)家們將研究目標轉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)院唐永炳研究團隊研發(fā)出首個(gè)新型鎂基雙離子電池。團隊成員張帆博士告訴深圳商報記者：“不同于傳統的鋰離子電池，石墨通常作為其負極材料，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?！?/p>
傳統的鋰離子電池，常用正極材料是鈷酸鋰等含鋰化合物，負極材料主要為石墨。電解液一般采用含有鋰鹽的有機溶劑。充電的時(shí)候，鋰離子從正極材料中“跑”出來(lái)，經(jīng)過(guò)電解液，運動(dòng)到負極進(jìn)行反應；放電的時(shí)候則是從負極運動(dòng)到正極。
“鋰離子電池能量密度高、使用壽命長(cháng)，因此得以大規模應用，但是由于儲量有限，人們需要研發(fā)其他種類(lèi)的電池?！睆埛嬖V記者，“鎂離子電池具有高容量、儲量豐富等優(yōu)勢，在大規模儲能領(lǐng)域有良好應用前景?！?/p>
關(guān)于鎂離子電池的研究目前尚處于初級階段，離商用還有一段距離，還有技術(shù)問(wèn)題需要攻克?！版V離子電池中的金屬鎂負極在傳統有機電解液中易發(fā)生鈍化，導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?！睆埛忉尩?，“也就是說(shuō)，還沒(méi)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)’，導致目前的鎂離子電池可逆充放電性能差?！?/p>
針對以上問(wèn)題，唐永炳團隊研發(fā)出新型鎂基雙離子電池，采用一種PTCDI小分子有機材料作為負極，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 )在正負極之間移動(dòng)，就像搖椅一樣來(lái)回晃動(dòng)。而雙離子電池中，則是電解液中的陽(yáng)離子和陰離子同時(shí)分別移動(dòng)到負極材料和正極材料上，發(fā)生電化學(xué)氧化還原反應，從而實(shí)現充放電?！睆埛忉尩?。
據悉，團隊的研究結果表明，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，該項研究為發(fā)展新型鎂離子電池提供了新的思路，未來(lái)在大規模儲能領(lǐng)域具有應用前景。
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