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美科学家发现制造可充无水镁电池新方法

发布于:2018/5/29 20:53:32

关键词:能源,聚丙烯,电子
简    介:美国能源部可再生能源实验室(NREL)的科学家们发现了一种制造可充电无水镁电池的新方法。这个论文近期刊登在Nature Chemistry上并引起了轰动,论文详细阐述了科学家开发镁在无腐蚀性碳基电解质...

  美国能源部可再生能源实验室(NREL)的科学家们发现了一种制造可充电无水镁电池的新方法。这个论文近期刊登在Nature Chemistry上并引起了轰动,论文详细阐述了科学家开发镁在无腐蚀性碳基电解质中发生可逆化学反应的经历,而且这个经历通过了接下来的测试。比起锂离子电池,这个技术拥有更有潜力的优势——当中最大的优势是拥有更高的能量密度、更强的稳定性跟更低的成本。  Seoung-Bum Son、Steve Harvey、Andrew Norman跟Chunmei Ban是NREL的研究人员,同时也是Nature Chemistry白皮书《碳酸盐中人造可逆的镁化学反应》的合作家,他们利用飞行时间二次离子质谱仪来辅助自己的研究工作。这个设备能够帮助他们在纳米尺度上研究材料退化跟失效机制。  Chunmei Ban表态:“作为科学家,我们总是在想接下来会发生什么。”她认为,在市场上占主导地位的锂离子电池技术已经触摸到了技术上的天花板,所以,迫切需要探究新的化学电池技术,以更低的成本给予越来越多的能量。  Seoung-Bum表态:“这一发现将为镁电池的设计给予新的途径。”当离子从负极流向正极时,电化学反应就会使电池产生能量。对于锂电池来说,电解液是含有锂离子的盐溶液。而电池技术的核心在于化学反应必须是可逆的,惟独这样电池才能完成充电经历。  理论上讲,同体积的镁电池所能储存的能量几乎是锂离子电池的两倍。可是之前的研究遇到了一个难题:传统的碳酸盐电解质会由于化学反应在镁表面形成一道屏障,这会妨碍电池的充电经历。镁离子能够通过高腐蚀性的液体电解质流向相反的方向,但这也打消了高压镁电池的可能性。  而为了解决该难题,研究人员开发了一种由聚丙烯腈跟镁离子盐组成的人工固体电解质夹层,这能够保护镁阳极表面。而最终这种受保护阳极的性能也得到了改善。  科学家们组装了标准电池,证明了人工中间相的有效性,而最终的结果也令人非常欣喜,镁在拥有保护阳极的电池的碳酸盐电解质中发生了可逆化学反应,这一现象是镁电池领域的首次发现。跟没有保护阳极的原型电池比较,带有保护阳极的镁电池能够给予越来越多的能量,而且能够维持周期性的充放电经历。此外,这个科研小组还充足展示了镁电池的充电能力,这也首次为解决阳极/电解质不相容问题以及离子离开阴极受到限制的问题给予了解决方法。  跟锂比较,镁的获取范围更广,而且跟锂电池这种更成熟的电池技术比较,镁电池还拥有别的的潜在优势。首先,镁能够释放两个电子,这是锂的两倍,这使得它能够产生几乎两倍于锂的能量。其次,镁电池中没有枝晶的生长,这种枝晶很容易导致短路,从而导致过热甚至事故的发生,这种特质使得 镁电池比锂离子电池更加安全。