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新研發的鎂離子電池有什么優勢

鉅大LARGE  |  點擊量:801次  |  2019年03月01日  

研究員們發現在氧化錳電池電極(Mn2O4)中,Mg2+可以輕松,可逆地嵌入LiMn2O4,和傳統的鋰離子電池相比,不僅提高了能量密度,在安全性和成本也都降低了,鎂離子電池到底是怎么做到的呢?


在鋰離子電池中,一個單電荷的鋰離子在兩個電極之間流動,電子是在外部電路中的流動。如果太多的鋰離子嵌入兩個原子層中間,那么電極的原子結構可能發生變化,這關乎著電池的充電能力。在氧化錳電池電極(Mn2O4)中,帶兩個正電荷的鎂離子(Mg2+)可以在每個插層中提供兩個電子,是相同密度的不可逆變形無電極材料中電流的兩倍。本研究表明,Mg2+可以輕松可逆地嵌入LiMn2O4的。在以后,采用Mg2+嵌入插層優勢的負極電池系統,其能量密度是市場上鋰電池密度的兩倍,甚至是多倍。


由正極和負極兩種電極構成的電池,通常用絕緣體將兩電極隔開。電池在使用時,電流在電池外部的電路中流動,電池內部的帶電原子在兩電極間流動。從電解液中插入太多的離子進入電極會導致電極的原子結構,從而限制了電池的充電能力。采用Mg2+離子代替單電荷鋰離子的電池,其能量密度和插層離子電位都會提高。


目前,鎂電池最重要的難題就是找到能夠存儲大量的Mg2+離子的陰極材料。這項研究也表明,具有尖晶石結構的Mn2O4就是可以存儲大量的Mg2+離子的陰極材料。聯合能源存儲研究中心的研究員們發現鎂可以輕松可逆地嵌入電極,科學家用四種技術來描述這種現象。


這種插層可以在元素分析用的電子顯微鏡下可見。X射線衍射分析證實了插層后的電極原子結構發生了變形。核磁共振(NMR)和X射線吸收光譜(XAS)進一步證實了鎂插層的存在。本研究證實了在電池的正極材料中嵌入Mg2+的有效性。采用了Mg2+嵌入插層的電池相對傳統的鋰離子電池,不僅提高了能量密度,而且提高了電池的安全性,降低了成本。

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