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研究人員為鎂離子電池找到了一種高效的固態電解質

發布:atvugzaf 瀏覽:562次

  雖然我們隔三差五就能聽到有關“電池技術突破”的新聞,但鋰離子電池依然是當前使用最廣、綜合表現最佳的選擇。 不過最近,麻省理工博客里實驗室和阿貢國家實驗室的一支研究團隊,已經開發出了一種新型固態材料。它似乎是鎂離子的一種絕佳導體、有望用于打造更安全和高效的電池。 鋰電池被用于從手機到電動汽車等各個領域,雖然這種金屬材料服務得很好,但在效率和價格上仍有很大的改進空間。

  通過在核磁共振實驗室進行的實驗,研究人員們證明了新材料是鎂離子的一種高效導體(via:阿貢國家實驗室)

  作為對比,鎂元素的能量密度更高、在自然界中的儲量也更多, 因而很有希望拿來打造更加便宜和更容易生產的電池。然而要在電池中使用鎂這種金屬的話,還得邁過電解質這個絆腳石。

  其負責在電池的陰極和陽極之間傳遞電荷, 雖然近期豐田和 KIT 都專注于研發更好的液體電解質,但它們都有腐蝕電池的其它部位的傾向。 于是我們轉念一想,為什么不嘗試其它類型的電解質呢?

  論文合著者 Gerbrand Ceder 表示:鎂基電池是一項全新的技術,它沒有任何好用的液體電解質。所以我們想到,為什么不換用一種固態的電解質呢?

  好消息是, 他們真的研制出了一種名叫“硒化鈧鎂尖晶石”(magnesium scandium selenide spinel)的新材料 。這種固態電解質允許鎂離子輕松穿透,且其導電性甚至媲美某些鋰電池中所使用的固態電解質。

  最初的理論研究已經預測了不錯的結果, 為了驗證,研究團隊對其進行了核磁共振(NMR)光譜實驗。 該儀器能夠檢測鎂(或鋰)離子是否穿透物質,然而由于新材料有些復雜且缺少參考,導致他們難以解釋數據結果。

  研究一作 Pieremanuele Canepa 表示:除了傳統的電化學表征之外,這些發現只有結合多種技術方法才能說得通(阿貢實驗室的固態核磁共振和同步測量)。

  即便如此,在將這種鎂基新材料用于打造真實的電池之前,還有一些問題需要解決。比如當前仍有少量的電子泄露,需要改進電子遷移率。不過固態電池在商用之后,其安全性還是較傳統液體電解質電池高出不少。

  有關這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《自然通訊》( Nature Communications )期刊上。


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