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加快打造原始創(chuàng)新策源地,加快突破關(guān)鍵核心技術(shù),努力搶占科技制高點(diǎn),為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康,率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展,率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地,率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù),率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

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【中國(guó)科學(xué)報(bào)】科學(xué)家研發(fā)出新型鎂基雙離子電池

2020-05-20 中國(guó)科學(xué)報(bào) 刁雯蕙
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語(yǔ)音播報(bào)

  近日,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院唐永炳團(tuán)隊(duì),研發(fā)出了一種基于不溶性有機(jī)負(fù)極材料的鎂基雙離子電池。相關(guān)成果發(fā)表于《能源存儲(chǔ)材料》。該項(xiàng)目有望為發(fā)展新型鎂離子電池電極材料及器件提供新的思路。

  “鎂離子電池具有高容量、儲(chǔ)量豐富、成本低等優(yōu)勢(shì),未來(lái)在儲(chǔ)能領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景?!眻F(tuán)隊(duì)成員張帆告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。然而,鎂作為一種良好的儲(chǔ)能材料,如何真正將其運(yùn)用到電池中卻是個(gè)難題。

  一方面,傳統(tǒng)的有機(jī)碳酸酯類電解液會(huì)與鎂負(fù)極發(fā)生鈍化反應(yīng),產(chǎn)生一層致密的氧化物薄膜,阻礙鎂離子通過(guò),最終導(dǎo)致鎂離子不能可逆沉積/溶解。另一方面,不同于鋰離子可以輕松地在正負(fù)極材料之間快速運(yùn)輸,鎂離子由于帶電荷較多,進(jìn)入脫出正極材料結(jié)構(gòu)的速度慢,而且鎂與正極材料的結(jié)合力度更強(qiáng)一些,脫出時(shí)有可能會(huì)導(dǎo)致正極材料坍塌,使得鎂離子電池可逆充放電性能較差。

  在正極材料上“出不去”,在負(fù)極材料上“進(jìn)不來(lái)”,究竟如何解決鎂離子的“通行證”,讓鎂離子真正發(fā)揮功效,實(shí)現(xiàn)低成本并具有良好的充放電效果? 研究團(tuán)隊(duì)決定,采用一種雙離子反應(yīng)來(lái)解決鎂離子的問(wèn)題。研究團(tuán)隊(duì)改變傳統(tǒng)的研究思路,將正負(fù)極材料進(jìn)行調(diào)整,研發(fā)出一種新型的鎂基雙離子電池。研究人員將含有鎂鹽的離子液體作為電解液,在正極端,使用膨脹石墨作為正極材料,而在負(fù)極端,他們決定采用一種不溶于電解液、具備良好儲(chǔ)鎂性能的有機(jī)小分子作為負(fù)極材料, 這改變了電極材料多以無(wú)機(jī)材料出現(xiàn)的傳統(tǒng)。

  這種鎂基雙離子電池的工作機(jī)理如下:充電時(shí),電解液中的陰離子在正極材料中與石墨發(fā)生插層反應(yīng),而在負(fù)極端則是將電解液中的鎂離子儲(chǔ)存在有機(jī)小分子材料中;放電時(shí)則相反,電極材料中的陰陽(yáng)離子再次回到電解液中。通過(guò)結(jié)合雙離子反應(yīng)的工作原理,很好地解決了傳統(tǒng)鎂離子在正極材料中反應(yīng)慢且不可逆的問(wèn)題,同時(shí)也提升了鎂離子電池的輸出電壓。

  該研究結(jié)果表明,這種鎂基雙離子電池具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能,高倍率充放電容量保持率為85%,在5C倍率下循環(huán)500次后的容量保持率為95.7%。該成果拓寬了新型鎂離子電池電極材料的選擇范圍,團(tuán)隊(duì)未來(lái)將繼續(xù)結(jié)合雙離子工作機(jī)制,研發(fā)基于不同廉價(jià)金屬元素的新型電池,為發(fā)展新型高性能低成本儲(chǔ)能器件提供新的思路。

  相關(guān)論文信息:http://doi.org/10.1016/j.ensm.2020.04.025

 ?。ㄔd于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 2020-05-20 第4版 綜合)
打印 責(zé)任編輯:侯茜

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