发现突出了镁电池的新可能性

长期以来，镁电池一直被认为是锂离子电池的一种潜在的更安全，更便宜的替代品，但是以前的版本已经严重限制了其提供的功率休斯敦大学和北美丰田研究所(TRINA)的研究人员在《自然能源》杂志上报告说，他们已经开发出一种新的阴极和电解质(以前是高能镁电池的限制因素)，以证明一种镁电池能够在室温下工作并提供可与锂离子电池媲美的功率密度。

随着对电网规模的储能和其他应用的需求变得越来越紧迫，研究人员寻求了更便宜，更容易获得的锂替代品。

镁离子具有两倍的锂电荷，而离子半径相似。结果，镁在电解质中的解离及其在电极中的扩散(这是经典的嵌入阴极中发生的两个基本过程)在室温下缓慢，从而导致低功率性能。

解决这些挑战的一种方法是改善高温下的化学反应。另一种通过将镁阳离子以其复杂形式储存来解决了这些难题。两种方法都不可行。

休斯敦大学卡伦大学电气与计算机工程教授，论文的同时通讯作者Yan Yao说，突破性的结果来自有机醌醌阴极和新的基于硼簇的定制电解质溶液的结合。

姚说：“我们展示了一种异质烯化氧化还原化学反应，可制造出不受离子解离和固态扩散挑战阻碍的阴极，这些挑战阻止了镁电池在室温下有效运行。” “这种新型的氧化还原化学物质在仅存储镁而不是复杂形式的情况下，不再需要固态插层，从而为镁电池电极设计创造了新的范例。”

姚也是美国德克萨斯大学超导性中心(TcSUH)的首席研究员，是多价金属离子电池开发的领导者。他的小组最近在《自然能源》上发表了一篇有关改进多价电池路线图的评论文章。

TRINA研究人员在镁电池领域取得了巨大进步，包括开发基于硼簇阴离子的高度认可的高效电解质。然而，这些电解质在支持高电池循环速率方面具有局限性。

TRINA and co材料研究部门首席科学家Rana Mohtadi表示：“我们暗示，原则上基于这些弱配位阴离子的电解质可能具有支持非常高的循环速率的潜力，因此我们致力于调整其性能。” -通讯作者。“我们通过将注意力转移到溶剂上来解决该问题，以减少其与镁离子的结合并改善整体传输动力学。”

“令我们着迷的是，即使在超高循环速率下，改性电解质镀的镁仍能保持光滑。我们相信这为镁电池电化学开辟了一个新的面。”

这项工作是2018年在焦耳(Joule)中描述的早期工作的延续，并且涉及许多相同的研究人员。除Yao和Mohtadi之外，其他合著者包括第一作者Hui Dong，他曾是Yao的实验室成员，现在是德克萨斯大学奥斯汀分校的博士后研究员以及TRINA的Oscar Tutusaus。UH和TcSUH的Liangyanliang和Ye Ye Zhang;劳伦斯伯克利国家实验室的Zachary Lebens-Higgins和Wanli Yang。Lebens-Higgins也隶属于宾汉姆顿大学。

董说：“新电池比以前的镁电池要高出近两个数量级。” “该电池能够以200%左右的容量保持能力继续运行200个循环以上，显示出高稳定性。我们可以通过调整膜的性能来增强中间捕获能力，从而进一步提高循环稳定性。”

Tutusaus说，这项工作表明了高性能镁电池的下一步发展。

他说：“我们的结果为开发用于镁电池的高性能阴极材料和电解质解决方案指明了方向，并为使用高密度金属进行快速储能开辟了新的可能性。”

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