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美多家研究机构研发新导体全固态镁离子电池研发有望突破‘金年会’
2022-10-23 04:20
本文摘要:据外媒报导,能源储备牵头研究中心(JointCenterforEnergyStorageResearch,JCESR)能源部团队内的科研人员找到了一款导电性最慢的镁离子固态导体,向固态镁离子电池的研发及生产又迈向了一大步。

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据外媒报导,能源储备牵头研究中心(JointCenterforEnergyStorageResearch,JCESR)能源部团队内的科研人员找到了一款导电性最慢的镁离子固态导体,向固态镁离子电池的研发及生产又迈向了一大步。通过大量的准确测算,经研究人员检验在密排架构(close-packedframeworks)下,镁离子的流动性相当大(~0.01–0.1mScm-1at298K),在硒简化钪镁尖晶石(magnesiumscandiumselenidespinel)内更是如此。

该理论预计值还指出,在其他硒化物尖晶石中,镁离子的流动性有可能也很高,这位构建其他固态镁离子导体乃至研发全固态镁电池(all-solid-statemagnesiumbattery)打开了一闪期望之门。美国能源部(DoE)劳伦斯伯克利国家实验室(LawrenceBerkeleyNationalLaboratory)与阿贡国家实验室(ArgonneNationalLaboratory)于是以致力于研发一款镁电池,其能量密度要低于锂电池,但该研究由于缺少较好的电解液而阻碍,因为该电解液不会生锈电池的其他部件。

相比于锂,镁有很多优点:安全性更高、矿藏资源非常丰富、总离子电量是锂的两倍、镁电池的理论容积(theoreticalvolumetriccapacity)要低于传统的锂电池。此外,镁电池的阳极使用了镁金属,其能量密度(~3,830Ahl1)比石墨阳极的理论容积能量密度(~700Ahl1)及金属(2,062Ahl–1)低。然而,Mg2+及其他多价阳离子(multivalentcations)的流动性不欠佳,从而对锂离子、钠离子电池阴极材料的研发导致影响。

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Mg流动能力较好,也容许了固态屏蔽涂层(solidbarriercoatings)的用于,造成电解液对电极导致生锈,无法充分发挥防水起到。另一方面,全固态镁电池的研发也受到影响,而嘲讽的是,该类电池却才是减轻当今电池电解液的生锈问题。

该研发团队还包括麻省理工学院的科研人员,负责管理获取计算资源(computationalresources),而阿贡国家实验室则获取了硒简化钪镁尖晶石材料的核心实验检验,并就其结构及功能做到了书面文档。阿贡国家实验室的研究化验师(researchchemist)还展开了核磁共振(nuclearmagneticresonance,NMR)光谱实验,该类测试目的利用实验证明镁离子或能如理论研究预计的那样,构建较高的离子流动性。


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