中國科學家利用銅離子制高能量鎂電池 充放電200次仍保持80%容量
發布時間:2020-06-23 11:08:03

中國科學院青島生物能源與過程研究所(QIBEBT)的研究人員打造具有可行性的高能量輸出鎂電池又近了一步。該項研究可將電動汽車電池中的鋰用鎂取代,而鎂離子是一種富含銅的電荷載體,是一種導電性極高的材料,以讓電流自由流動,輸出高能量。


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圖片來源:QIBEBT


據美國地質調查局(United States Geological Survey)的報告顯示,地球上鎂的儲量遠遠高于鋰。鎂電池由于鎂儲量豐富,因而可以降低成本。鎂的售價約為每噸5000美元,大約是鋰的一半。此外,即使在室溫下,與鋰電池相比,鎂電池也能提供更高的能量和功率密度。最后,由于鎂不是一種易于形成枝晶,導致電池內部結構發生故障的材料,因而也更安全,可以避免電池爆炸和火災的風險。


但是,在陰極和電解質中使用鎂一直是阻礙鎂電池發展的障礙。鎂與電解液產生反應會形成氯化物,而氯化物會導致電池性能變低,無法存儲和釋放大量能量,在商業上沒有競爭力。于是,中國科學家們打造了一種經濟上可行、使用銅離子作為電荷載體的高性能鎂電池。


在充電過程中,高密度的鎂離子在電解液中的擴散會變慢。此外,鎂離子與陰離子之間的化學鍵很難打破,導致充放電循環特別差。為解決該問題,研究人員在陰極中采用了另一種電荷載體:銅,其可溶解在電解液中,使得電解液由鎂、銅離子和硼陰離子(BCM)構成。


在鎂電池放電時,銅離子會溶解在電解液中,并在電極上形成金屬銅涂層。銅的導電性高,因而電流可以自由流動,由此產生高能量。


在實驗室中,鎂/銅電池在經過200次充放電循環后,仍保持了80%的原始容量,表現出良好的性能。相比之后,商用鋰離子電池在1000次充放電循環后就會損失20%以上的原始容量。雖然目前,鎂/銅電池在商業上還不可行,但是為研發出可與鋰電池競爭的電池開辟了道路。該研究負責人CUI Guanglei教授表示:“在未來兩年內,我們希望讓該電池的充放電循環達到1000次里程碑。下一步,我們要設計出柔性電池包,因此首先需要打造出凝膠銅離子電解質溶液。”


稿件來源: 蓋世汽車
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