近日，中國科學院深圳先進技術研究院唐永炳團隊，研發(fā)出了一種基于不溶性有機負極材料的鎂基雙離子電池。相關成果發(fā)表于《能源存儲材料》。該項目有望為發(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、儲量豐富、成本低等優(yōu)勢，未來在儲能領域具有良好的應用前景?！眻F隊成員張帆告訴《中國科學報》。然而，鎂作為一種良好的儲能材料，如何真正將其運用到電池中卻是個難題。
　　一方面，傳統(tǒng)的有機碳酸酯類電解液會與鎂負極發(fā)生鈍化反應，產(chǎn)生一層致密的氧化物薄膜，阻礙鎂離子通過，最終導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極材料之間快速運輸，鎂離子由于帶電荷較多，進入脫出正極材料結(jié)構的速度慢，而且鎂與正極材料的結(jié)合力度更強一些，脫出時有可能會導致正極材料坍塌，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”，在負極材料上“進不來”，究竟如何解決鎂離子的“通行證”，讓鎂離子真正發(fā)揮功效，實現(xiàn)低成本并具有良好的充放電效果？ 研究團隊決定，采用一種雙離子反應來解決鎂離子的問題。研究團隊改變傳統(tǒng)的研究思路，將正負極材料進行調(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，而在負極端，他們決定采用一種不溶于電解液、具備良好儲鎂性能的有機小分子作為負極材料， 這改變了電極材料多以無機材料出現(xiàn)的傳統(tǒng)。
　　這種鎂基雙離子電池的工作機理如下：充電時，電解液中的陰離子在正極材料中與石墨發(fā)生插層反應，而在負極端則是將電解液中的鎂離子儲存在有機小分子材料中；放電時則相反，電極材料中的陰陽離子再次回到電解液中。通過結(jié)合雙離子反應的工作原理，很好地解決了傳統(tǒng)鎂離子在正極材料中反應慢且不可逆的問題，同時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，團隊未來將繼續(xù)結(jié)合雙離子工作機制，研發(fā)基于不同廉價金屬元素的新型電池，為發(fā)展新型高性能低成本儲能器件提供新的思路。
　　相關論文信息：http://doi.org/10.1016/j.ensm.2020.04.025
　?。ㄔd于《中國科學報》 2020-05-20 第4版 綜合)