負極材料 用在正極
鋰電池每天給我們的手機、電腦、電動車提供動力，但是，鋰資源也面臨儲量有限且分布不均的問題，難以滿足未來大規(guī)模儲能要求。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，中科院深圳先進院唐永炳研究團隊研發(fā)出首個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(tǒng)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。”
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。充電的時候，鋰離子從正極材料中“跑”出來，經(jīng)過電解液，運動到負極進行反應(yīng)；放電的時候則是從負極運動到正極。
“鋰離子電池能量密度高、使用壽命長，因此得以大規(guī)模應(yīng)用，但是由于儲量有限，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、儲量豐富等優(yōu)勢，在大規(guī)模儲能領(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極在傳統(tǒng)有機電解液中易發(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’，導(dǎo)致目前的鎂離子電池可逆充放電性能差。”
針對以上問題，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在正負極之間移動，就像搖椅一樣來回晃動。而雙離子電池中，則是電解液中的陽離子和陰離子同時分別移動到負極材料和正極材料上，發(fā)生電化學(xué)氧化還原反應(yīng)，從而實現(xiàn)充放電。”張帆解釋道。
據(jù)悉，團隊的研究結(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)模儲能領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。
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