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中國科學(xué)家利用銅離子制高能量鎂電池 充放電200次仍保持80%容量

中國科學(xué)院青島生物動(dòng)力與過程研討所(QIBEBT)的研討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(xiàng)研討可將電動(dòng)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(dǎo)電性極高的資料,以讓電流自在流動(dòng),輸出高能量。


圖片來歷:QIBEBT

據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局(United States Geological Survey)的報(bào)告顯示,地球上鎂的儲量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋰。鎂電池因?yàn)殒V儲量豐厚,因此能夠降低成本。鎂的售價(jià)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,因?yàn)殒V不是一種易于構(gòu)成枝晶,導(dǎo)致電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生故障的資料,因此也更安全,能夠避免電池爆破和火災(zāi)的危險(xiǎn)。

可是,在陰極和電解質(zhì)中運(yùn)用鎂一直是阻礙鎂電池發(fā)展的妨礙。鎂與電解液發(fā)生反應(yīng)會構(gòu)成氯化物,而氯化物會導(dǎo)致電池性能變低,無法存儲和釋放很多能量,在商業(yè)上沒有競賽力。于是,中國科學(xué)家們打造了一種經(jīng)濟(jì)上可行、運(yùn)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(kuò)閉會變慢。此外,鎂離子與陰離子之間的化學(xué)鍵很難打破,導(dǎo)致充放電循環(huán)特別差。為處理該問題,研討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(gòu)成。

在鎂電池放電時(shí),銅離子會溶解在電解液中,并在電極上構(gòu)成金屬銅涂層。銅的導(dǎo)電性高,因此電流能夠自在流動(dòng),由此發(fā)生高能量。

在實(shí)驗(yàn)室中,鎂/銅電池在通過200次充放電循環(huán)后,仍保持了80%的原始容量,表現(xiàn)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(huán)后就會丟失20%以上的原始容量。雖然目前,鎂/銅電池在商業(yè)上還不可行,可是為研發(fā)出可與鋰電池競賽的電池拓荒了道路。該研討負(fù)責(zé)人CUI Guanglei教授表示:“在未來兩年內(nèi),咱們期望讓該電池的充放電循環(huán)達(dá)到1000次里程碑。下一步,咱們要規(guī)劃出柔性電池包,因此首要需要打造出凝膠銅離子電解質(zhì)溶液?!?/p>

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