新陰極和電解液使高功率鎂電池成為可能；圖片：休斯頓大學(xué)

 

       長(zhǎng)期以來，鎂電池一直被認(rèn)為是鋰電池的理想代替品，因?yàn)槠涓�安全、成本更低。但是由于電容量有限，鎂電池的發(fā)展一直受限。

 

      據(jù)外媒報(bào)道，休斯頓大學(xué)(University of Houston)和豐田北美研究所(Toyota Research Institute of North America)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新型陰極和電解液，可用于制作高功率鎂電池，使鎂電池不僅可在室溫下工作，功率密度也能媲美鋰電池。而陰極和電解液之前一直是影響鎂電池發(fā)展的限制性因素。

 

       鎂離子的電荷是鋰離子的兩倍，但二者離子半徑卻很接近。因此，在室溫下，鎂在電解質(zhì)中的解離及在電極中的擴(kuò)散過程（在插層陰極中發(fā)生的兩個(gè)重要過程）都十分緩慢，進(jìn)而導(dǎo)致其功率性能低。解決這些挑戰(zhàn)的方法有，改進(jìn)其在高溫下的化學(xué)反應(yīng)，或者以復(fù)雜形態(tài)存儲(chǔ)鎂離子，從而試圖繞開這一難題。但是實(shí)際上，這兩種方法都不可行。

 

       美國休斯頓大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程系教授Yan Yao表示，研究人員將有機(jī)醌陰極和定制的新型硼簇電解質(zhì)溶液結(jié)合，并取得了突破性成果。該教授表示，“我們通過一種異質(zhì)烯化氧化還原化學(xué)方法，創(chuàng)建一個(gè)不受離子解離和固態(tài)擴(kuò)散阻礙的陰極，從而不會(huì)再影響鎂電池在室溫下的有效運(yùn)行”。這種新型的氧化還原化學(xué)反應(yīng)不需要固態(tài)插層，而僅存儲(chǔ)鎂（而不再存儲(chǔ)鎂的復(fù)雜形態(tài)），從而為鎂電池的電極設(shè)計(jì)開辟了一條新的途徑。”

 

       TRINA研究人員在鎂電池領(lǐng)域取得了巨大進(jìn)步，包括開發(fā)了獲高度認(rèn)可的、基于硼簇陰離子的高效電解質(zhì)。但是，這種電解質(zhì)對(duì)高電池循環(huán)速率仍有影響。TRINA 材料研究部門的首席科學(xué)家Rana Mohtadi指出，“我們認(rèn)為，理論上，基于這些弱配位陰離子的電解質(zhì)應(yīng)該具有支持非常高循環(huán)速率的潛力，所以我們一直在努力改進(jìn)其特性。 當(dāng)我們把研究重點(diǎn)放在溶劑上，研究如何降低溶劑與鎂離子的結(jié)合，并提高整體運(yùn)輸動(dòng)力時(shí)，我們就找到了解決方案。 “令我們興奮的是，鍍有改進(jìn)后的電解液，鎂即使在超高循環(huán)速率下仍能保持光滑。我們相信，這一發(fā)現(xiàn)預(yù)示著鎂電池電化學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)新方向。”

 

       另一位研究人員表示，“這種新型鎂電池的功率密度比之前的鎂電池高出近2個(gè)數(shù)量級(jí)，能夠以82%的容量保持率持續(xù)運(yùn)行超200次循環(huán)，顯示出了高穩(wěn)定性“。我們可以通過調(diào)整膜的性能，增強(qiáng)中間捕集能力，進(jìn)一步提高循環(huán)穩(wěn)定性。”