鎂電池新突破 納米結(jié)構(gòu)陰極制造及對(duì)新電解液的研究使其效率變得更高

　　鎂電池為現(xiàn)代生活的安全供電提供了希望 - 與傳統(tǒng)的鋰離子電池不同，它們不易燃爆，只不過(guò)目前這種電池存儲(chǔ)能量的能力還有待提高。

　　研究人員8月24日在“自然通訊”雜志上報(bào)道發(fā)現(xiàn)電池陰極的新設(shè)計(jì)，大大增加了鎂電池的存儲(chǔ)容量，并打破了在將鎂插入主體之前必須破壞氯化鎂鍵的常規(guī)手段。

　　休斯頓大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程副教授閻耀，論文的第一作者Yan Yao說(shuō)：“我們正在進(jìn)行一項(xiàng)新工作，就是結(jié)合納米結(jié)構(gòu)陰極和對(duì)鎂電解質(zhì)有的新認(rèn)識(shí)?！?/p>

　　項(xiàng)工作首先由姚博士和博士后研究員Hyun DeogYoo于2014年設(shè)想; 該項(xiàng)目過(guò)程跨越了好幾年，涉及三所大學(xué)和三個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家，從實(shí)驗(yàn)和理論兩個(gè)方面進(jìn)行了工作。

　　這篇文章的第一作者Yoo說(shuō)：“眾所周知鎂離子是很難插入主體的，首先，打破氯化鎂鍵是非常困難的，不僅如此，主機(jī)生產(chǎn)的鎂離子在這個(gè)方面極其緩慢，總體上降低了電池的使用效率?！?

　　新電池通過(guò)將一氯化鎂放入主體如二硫化鈦來(lái)儲(chǔ)存能量。姚說(shuō)，通過(guò)保留氯化鎂鍵，陰極顯示出比傳統(tǒng)鎂快得多的擴(kuò)散特性。

　　研究人員報(bào)告說(shuō)，新電池的存儲(chǔ)容量為400mAh/g，而較早的鎂電池為100mAh/g。姚先生說(shuō)，商業(yè)鋰離子電池的陰極容量約為200mAh/g，他也是德克薩斯超導(dǎo)體中心的首席研究員。新電池的電壓保持在一伏左右。鋰電池的電壓則為三到四伏。

　　高電壓，加上其高能量密度，使鋰離子電池成為標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)電池。但是鋰電池很昂貴，并且其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能會(huì)被破壞，這種狀態(tài)稱(chēng)為枝晶生長(zhǎng)，這可能導(dǎo)致電池發(fā)生火災(zāi)。作為地球豐富的資源，鎂較便宜，而且不會(huì)形成枝晶。然而，到目前為止，由于需要更好的陰極（電流從其流動(dòng)的電極）和更有效的電解質(zhì)，陰極和陽(yáng)極之間的流過(guò)的離子電荷被介質(zhì)阻止。

　　這一工作提供了解決思路

Yoo說(shuō)，問(wèn)題的關(guān)鍵是要擴(kuò)大二硫化鈦插層，以便插入氯化鎂-一個(gè)稱(chēng)之為插層的四步法，而不是破壞氯化鎂鍵并單獨(dú)插入鎂。保留氯化鎂鍵使陰極可以?xún)?chǔ)存的電荷翻倍。

　　一氯化鎂分子太大，不能用常規(guī)方法插入二硫化鈦。在早期工作的基礎(chǔ)上，研究人員通過(guò)使用有機(jī)“支柱”將二硫化鈦的差距擴(kuò)大了300％，創(chuàng)造了一個(gè)開(kāi)放的納米結(jié)構(gòu)。姚說(shuō)，這種開(kāi)放的支柱很小，只有0.57到1.8納米左右，但是它們可以讓鎂陰極插入到二氧化鈦中去。

　　研究人員寫(xiě)道：“聯(lián)合理論建模，光譜分析和電化學(xué)研究揭示了一氯化鎂陽(yáng)離子的快速擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)，而不會(huì)發(fā)生氯化鎂鍵的斷裂。即使在室溫下，大容量也具有優(yōu)異的速率和循環(huán)性能，為多價(jià)離子電池的各種有效插入主體開(kāi)辟了可能性。”

　　姚說(shuō)。：“我們希望這是一個(gè)總體戰(zhàn)略，在更高電壓的主體中插入各種多原子離子，我們最終旨在以更低的價(jià)格創(chuàng)造更高能量的電池，特別是對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)?！?/p>