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研究人员为镁离子电池找到了一种高效的固态电解质

来源:
时间:2017-12-01 13:40:17
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研究人员为镁离子电池找到了一种高效的固态电解质虽然我们隔三差五就能听到有关“电池技术突破”的新闻,但锂离子电池依然是当前使用最广、综合表现最佳的选择。 不过

虽然我们隔三差五就能听到有关“电池技术突破”的新闻,但锂离子电池依然是当前使用最广、综合表现最佳的选择。 不过最近,麻省理工博客里实验室和阿贡国家实验室的一支研究团队,已经开发出了一种新型固态材料。它似乎是镁离子的一种绝佳导体、有望用于打造更安全和高效的电池。 锂电池被用于从手机到电动汽车等各个领域,虽然这种金属材料服务得很好,但在效率和价格上仍有很大的改进空间。

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通过在核磁共振实验室进行的实验,研究人员们证明了新材料是镁离子的一种高效导体(via:阿贡国家实验室)

作为对比,镁元素的能量密度更高、在自然界中的储量也更多, 因而很有希望拿来打造更加便宜和更容易生产的电池。然而要在电池中使用镁这种金属的话,还得迈过电解质这个绊脚石。

其负责在电池的阴极和阳极之间传递电荷, 虽然近期丰田和 KIT 都专注于研发更好的液体电解质,但它们都有腐蚀电池的其它部位的倾向。 于是我们转念一想,为什么不尝试其它类型的电解质呢?

论文合著者 Gerbrand Ceder 表示:镁基电池是一项全新的技术,它没有任何好用的液体电解质。所以我们想到,为什么不换用一种固态的电解质呢?

好消息是, 他们真的研制出了一种名叫“硒化钪镁尖晶石”(magnesium scandium selenide spinel)的新材料 。这种固态电解质允许镁离子轻松穿透,且其导电性甚至媲美某些锂电池中所使用的固态电解质。

最初的理论研究已经预测了不错的结果, 为了验证,研究团队对其进行了核磁共振(NMR)光谱实验。 该仪器能够检测镁(或锂)离子是否穿透物质,然而由于新材料有些复杂且缺少参考,导致他们难以解释数据结果。

研究一作 Pieremanuele Canepa 表示:除了传统的电化学表征之外,这些发现只有结合多种技术方法才能说得通(阿贡实验室的固态核磁共振和同步测量)。

即便如此,在将这种镁基新材料用于打造真实的电池之前,还有一些问题需要解决。比如当前仍有少量的电子泄露,需要改进电子迁移率。不过固态电池在商用之后,其安全性还是较传统液体电解质电池高出不少。

有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《自然通讯》( Nature Communications )期刊上。




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