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跨国研究小组合作探索制造镁电池的新途径

据报道,科尔多瓦大学(University of Córdoba,UCO)研究小组与厦门大学和保加利亚科学院(Bulgarian Academy of Sciences)在实验室内联合研究,发现使用新化合物(镁和锰氧化物)作为阴极的镁电池的可行性。

所有电池都由阳极、阴极和电解质组成,三者间可发生会释放可用能量的化学反应。在此次研究中,研究人员使用金属镁作为阳极(电池的负极),因为金属镁比目前的锂离子电池的负极容量更大,而且不会产生枝晶(影响电池安全的沉积物,导致电池短路)。

虽然金属镁可以使电池容量翻倍,但产生反应也更加困难。UCO研究员Gregorio Ortiz表示:“不是所有材料都可以和镁一起使用,且同时需要理论和实践的初步研究才能最终实现高效镁电池。”因此,有必要将镁金属与合适的阴极(电池的正极)结合起来。此次研究中的阴极材料是镁锰氧化物Mg2MnO4,能以稳定的结构呈现。

该化合物会引起还原和氧化(氧化还原)过程,并产生电池能量。在这个过程中,阴极金属(锰)被还原并释放电子给阳极金属(镁),阳极金属接收并氧化。而离子转移会通过连接阳极和阴极的电解质完成。在此次研究中,研究人员使用了一种非水电解质,可以在更高的电压下工作。

该研究是2018年开始的一项研究项目的一部分,研究人员分别来自科尔多瓦大学、厦门大学和保加利亚科学院。这些研究人员将理论计算与实验组件相结合,并使用X射线衍射、电子顺磁共振、电子显微镜和光电子能谱等技术。研究人员证实,含有锰化合物的镁电池可将容量提高到3.1 V,这意味着该电池在实验室规模的能量密度为335 Wh/kg,是锂离子电池能量密度的60%,而此前的研究从未超过最大值2.2 V。然而,研究人员还发现,在充电和放电循环中,电池的初始容量减少了一半。

但该研究获得的结果表明实现高容量镁电池还是有可能的。目前,该研究只在实验室层面进行了测试,具体在规模量产的表现如何还需行业进行投资开发。

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