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中国科学家利用铜离子制高能量镁电池 充放电200次仍保持80%容量

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中国科学院青岛生物能源与过程研究所(QIBEBT)的研究人员打造具有可行性的高能量输出镁电池又近了一步。

中国科学院青岛生物能源与过程研究所(QIBEBT)的研究人员打造具有可行性的高能量输出镁电池又近了一步。该项研究可将电动汽车电池中的锂用镁取代,而镁离子是一种富含的电荷载体,是一种导电性极高的材料,以让电流自由流动,输出高能量。

据美国地质调查局(United States Geological Survey)的报告显示,地球上镁的储量远远高于锂。镁电池由于镁储量丰富,因而可以降低成本。镁的售价约为每吨5000美元,大约是锂的一半。此外,即使在室温下,与锂电池相比,镁电池也能提供更高的能量和功率密度。最后,由于镁不是一种易于形成枝晶,导致电池内部结构发生故障的材料,因而也更安全,可以避免电池爆炸和火灾的风险。

但是,在阴极和电解质中使用镁一直是阻碍镁电池发展的障碍。镁与电解液产生反应会形成氯化物,而氯化物会导致电池性能变低,无法存储和释放大量能量,在商业上没有竞争力。于是,中国科学家们打造了一种经济上可行、使用铜离子作为电荷载体的高性能镁电池。

在充电过程中,高密度的镁离子在电解液中的扩散会变慢。此外,镁离子与阴离子之间的化学键很难打破,导致充放电循环特别差。为解决该问题,研究人员在阴极中采用了另一种电荷载体:铜,其可溶解在电解液中,使得电解液由镁、铜离子和硼阴离子(BCM)构成。

在镁电池放电时,铜离子会溶解在电解液中,并在电极上形成金属铜涂层。铜的导电性高,因而电流可以自由流动,由此产生高能量。

在实验室中,镁/铜电池在经过200次充放电循环后,仍保持了80%的原始容量,表现出良好的性能。相比之后,商用锂离子电池在1000次充放电循环后就会损失20%以上的原始容量。虽然目前,镁/铜电池在商业上还不可行,但是为研发出可与锂电池竞争的电池开辟了道路。该研究负责人CUI Guanglei教授表示:“在未来两年内,我们希望让该电池的充放电循环达到1000次里程碑。下一步,我们要设计出柔性电池包,因此首先需要打造出凝胶铜离子电解质溶液。”

铜业 镁业

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