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精益电解质设计是镁电池的改变者

来自休斯敦大学和美国丰田研究院的研究人员发现了一种有前景的新型高能镁电池,其潜在应用范围从电动汽车到可再生能源系统的电池存储。12月21日在焦耳报道的这种电池是第一个在使用有机电极时使用有限电解质进行操作的电池,研究人员表示,该电池可以存储和释放比早期镁电池更多的能量。他们使用了不含氯化物的电解质,这是镁电池使用的传统电解质的另一个变化,这使得这一发现得以实现。

UH的电气和计算机工程副教授Yan Yao表示,研究人员能够证实常用电解液中的氯化物会导致性能下降。“我们试图解决的问题是氯化物的影响,”他说。“这是普遍使用的。”姚先生也是德克萨斯州UH超导电中心的首席研究员,他的团队使用无氯电解质测试有机醌聚合物阴极和镁金属阳极,据报道它们每公斤输送高达243瓦特小时,功率测量高达每千克3.4千瓦。电池在2500次循环后保持稳定。

科学家花费数十年时间寻找高能镁电池,希望利用镁对锂的天然优势,锂是标准锂离子电池中使用的元素。镁更常见,因此更便宜,并且它的内部结构(称为树枝状晶体)不容易发生破坏,导致锂电池爆炸并着火。但镁电池在储存和释放大量能源之前不具有商业竞争力。姚说,以前的阴极和电解质材料一直是绊脚石。阴极是电流从电池流入的电极,而电解质是离子电荷在阴极和阳极之间流动的介质。

该项目的其他研究人员包括第一作者,UH的博士生Hui Dong和UH的研究助理教授Yanliang Leonard Liang;Oscar Tutusaus和Rana Mohtadi,均为北美丰田研究所;和UH博士生叶章和方浩。“通过(有机)羰基聚合物阴极和镁储存电解质的最佳组合,我们能够证明在镁电池中很少见到的高比能量,功率和循环稳定性,”他们写道。Liang指出,到目前为止,镁电池的最佳阴极是近20年前开发的Chevrel相硫化钼。他说,它没有电力和储能能力来与锂电池竞争。

但最近的报告表明,有机阴极材料可以在室温下提供高储存容量。“我们很好奇为什么,”梁说。Dong表示,所测试的有机聚合物阴极均提供比Chevrel相阴极更高的电压。姚明表示,未来的研究将集中在进一步提高电池的比容量和电压,以便与锂电池竞争。“镁更丰富,更安全,”他说。“人们希望镁电池可以解决锂电池的风险。”Yao获得了休斯顿大学卓越研究奖,并被Clarivate Analytics评选为高度引用研究员,该研究基于2018年“Web of Science中引用率排名前1%的卓越研究成果”。

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