中國科學(xué)家利用銅離子制高能量鎂電池 充放電200次仍保持80%容量
中國科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所（QIBEBT）的研究人員打造具有可行性的高能量輸出鎂電池又近了一步。該項研究可將電動(dòng)汽車(chē)電池中的鋰用鎂取代，而鎂離子是一種富含銅的電荷載體，是一種導電性極高的材料，以讓電流自由流動(dòng)，輸出高能量。
據美國地質(zhì)調查局（United States Geological Survey）的報告顯示，地球上鎂的儲量遠遠高于鋰。鎂電池由于鎂儲量豐富，因而可以降低成本。鎂的售價(jià)約為每噸5000美元，大約是鋰的一半。此外，即使在室溫下，與鋰電池相比，鎂電池也能提供更高的能量和功率密度。最后，由于鎂不是一種易于形成枝晶，導致電池內部結構發(fā)生故障的材料，因而也更安全，可以避免電池爆炸和火災的風(fēng)險。
但是，在陰極和電解質(zhì)中使用鎂一直是阻礙鎂電池發(fā)展的障礙。鎂與電解液產(chǎn)生反應會(huì )形成氯化物，而氯化物會(huì )導致電池性能變低，無(wú)法存儲和釋放大量能量，在商業(yè)上沒(méi)有競爭力。于是，中國科學(xué)家們打造了一種經(jīng)濟上可行、使用銅離子作為電荷載體的高性能鎂電池。
在充電過(guò)程中，高密度的鎂離子在電解液中的擴散會(huì )變慢。此外，鎂離子與陰離子之間的化學(xué)鍵很難打破，導致充放電循環(huán)特別差。為解決該問(wèn)題，研究人員在陰極中采用了另一種電荷載體：銅，其可溶解在電解液中，使得電解液由鎂、銅離子和硼陰離子（BCM）構成。
在鎂電池放電時(shí)，銅離子會(huì )溶解在電解液中，并在電極上形成金屬銅涂層。銅的導電性高，因而電流可以自由流動(dòng)，由此產(chǎn)生高能量。
在實(shí)驗室中，鎂/銅電池在經(jīng)過(guò)200次充放電循環(huán)后，仍保持了80%的原始容量，表現出良好的性能。相比之后，商用鋰離子電池在1000次充放電循環(huán)后就會(huì )損失20%以上的原始容量。雖然目前，鎂/銅電池在商業(yè)上還不可行，但是為研發(fā)出可與鋰電池競爭的電池開(kāi)辟了道路。該研究負責人CUI Guanglei教授表示：“在未來(lái)兩年內，我們希望讓該電池的充放電循環(huán)達到1000次里程碑。下一步，我們要設計出柔性電池包，因此首先需要打造出凝膠銅離子電解質(zhì)溶液?！?/p>
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