長(zhǎng)期以來(lái)，鎂電池一直被認(rèn)為是鋰離子電池的一種潛在的更安全，更便宜的替代品，但是以前的版本已經(jīng)嚴(yán)重限制了其提供的功率。休斯敦大學(xué)和北美豐田研究所(TRINA)的研究人員在《自然能源》雜志上報(bào)告說(shuō)，他們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新的陰極和電解質(zhì)(以前是高能鎂電池的限制因素)，以證明一種鎂電池能夠在室溫下工作并提供可與鋰離子電池媲美的功率密度。

隨著對(duì)電網(wǎng)規(guī)模的儲(chǔ)能和其他應(yīng)用的需求變得越來(lái)越緊迫，研究人員尋求了更便宜，更容易獲得的鋰替代品。

鎂離子具有兩倍的鋰電荷，而離子半徑相似。結(jié)果，鎂在電解質(zhì)中的解離及其在電極中的擴(kuò)散(這是經(jīng)典的嵌入陰極中發(fā)生的兩個(gè)基本過(guò)程)在室溫下緩慢，從而導(dǎo)致低功率性能。

解決這些挑戰(zhàn)的一種方法是改善高溫下的化學(xué)反應(yīng)。另一種通過(guò)將鎂陽(yáng)離子以其復(fù)雜形式儲(chǔ)存來(lái)解決了這些難題。兩種方法都不可行。

休斯敦大學(xué)卡倫大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程教授，論文的同時(shí)通訊作者Yan Yao說(shuō)，突破性的結(jié)果來(lái)自有機(jī)醌醌陰極和新的基于硼簇的定制電解質(zhì)溶液的結(jié)合。

姚說(shuō)：“我們展示了一種異質(zhì)烯化氧化還原化學(xué)反應(yīng)，可制造出不受離子解離和固態(tài)擴(kuò)散挑戰(zhàn)阻礙的陰極，這些挑戰(zhàn)阻止了鎂電池在室溫下有效運(yùn)行。” “這種新型的氧化還原化學(xué)物質(zhì)在僅存儲(chǔ)鎂而不是復(fù)雜形式的情況下，不再需要固態(tài)插層，從而為鎂電池電極設(shè)計(jì)創(chuàng)造了新的范例。”

姚也是美國(guó)德克薩斯大學(xué)超導(dǎo)性中心(TcSUH)的首席研究員，是多價(jià)金屬離子電池開(kāi)發(fā)的領(lǐng)導(dǎo)者。他的小組最近在《自然能源》上發(fā)表了一篇有關(guān)改進(jìn)多價(jià)電池路線圖的評(píng)論文章。

TRINA研究人員在鎂電池領(lǐng)域取得了巨大進(jìn)步，包括開(kāi)發(fā)基于硼簇陰離子的高度認(rèn)可的高效電解質(zhì)。然而，這些電解質(zhì)在支持高電池循環(huán)速率方面具有局限性。

TRINA and co材料研究部門首席科學(xué)家Rana Mohtadi表示：“我們暗示，原則上基于這些弱配位陰離子的電解質(zhì)可能具有支持非常高的循環(huán)速率的潛力，因此我們致力于調(diào)整其性能。” -通訊作者。“我們通過(guò)將注意力轉(zhuǎn)移到溶劑上來(lái)解決該問(wèn)題，以減少其與鎂離子的結(jié)合并改善整體傳輸動(dòng)力學(xué)。”

“令我們著迷的是，即使在超高循環(huán)速率下，改性電解質(zhì)鍍的鎂仍能保持光滑。我們相信這為鎂電池電化學(xué)開(kāi)辟了一個(gè)新的面。”