一種可超越鋰的鎂可充電電池正極材料

鋰離子電池由于器具有的整體性能，在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中仍然無可匹敵，從便攜式電子設(shè)備到蜂窩基站，鋰離子電池的廣泛應(yīng)用就證明了這一點(diǎn)。然而，它們也有一些難以忽視的重要缺點(diǎn)。首先，鋰的價(jià)格相當(dāng)昂貴，即使其開采速度非?？煲灿谑聼o補(bǔ)。此外，鋰離子電池的能量密度不足以賦能電動(dòng)汽車和重型機(jī)械。這些擔(dān)憂，再加上電池在被刺穿或高溫下極不安全的事實(shí)，促使科學(xué)家們尋找替代技術(shù)。

在被測(cè)試為可為充電電池有效能量載體的各種元素中，鎂（Mg）是一個(gè)很有前途的候選者。除了其安全性和豐富性外，鎂還有具有實(shí)現(xiàn)更高電池容量的潛力。然而，有些問題還是需要首先解決。這些包括鎂離子提供的低電壓窗口，以及在鎂電池材料中觀察到的不可靠的循環(huán)性能。

為了解決這些問題，由日本東京科學(xué)大學(xué)副校長(zhǎng)兼教授Yasushi Idemoto領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)一直在尋找鎂電池的新正極材料。特別是，他們一直在尋找提高基于MgV（V：釩）體系的正極材料性能的方法。幸運(yùn)的是，他們現(xiàn)在找到了成功的正確途徑。

研究人員專注于Mg1.33V1.67O4系統(tǒng)，但用錳（Mn）取代了一定量的釩，獲得了符合公式Mg1.33V1.67?xMnxO4的材料，其中x取值從0.1到0.4。雖然該系統(tǒng)具有較高的理論容量，但仍需要分析其結(jié)構(gòu)、循環(huán)性和正極性能的更多細(xì)節(jié)，以了解其實(shí)際用途。因此，研究人員使用多種標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)對(duì)合成的正極材料進(jìn)行了表征。

首先，他們使用X射線衍射和吸收以及透射電子顯微鏡研究了Mg1.33V1.67?xMnxO4化合物的組成、晶體結(jié)構(gòu)、電子分布和顆粒形態(tài)。分析表明，Mg1.33V1.67?xMnxO4具有尖晶石結(jié)構(gòu)，成分非常均勻。接下來，研究人員進(jìn)行了一系列電化學(xué)測(cè)量，以評(píng)估Mg1.33V1.67?xMnxO4的電池性能，使用不同的電解質(zhì)，并測(cè)試在不同溫度下產(chǎn)生的充放電特性。

該團(tuán)隊(duì)觀察到這些正極材料具有高放電容量，特別是Mg1.33V1.57Mn0.1O4，但它也隨循環(huán)次數(shù)而顯著變化。為了理解發(fā)生這一現(xiàn)象的原因，他們分析了材料中釩原子附近的局部結(jié)構(gòu)。“看來，特別穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)以及釩的大量電荷補(bǔ)償，使我們觀察到Mg1.33V1.57Mn0.1O4具有優(yōu)異的充放電特性，”Idemoto教授說道，“總之，我們的研究結(jié)果表明，Mg1.33V1.57Mn0.1O4可能是鎂可充電電池的良好候選正極材料。”

Idemoto教授對(duì)目前的研究結(jié)果感到滿意，并對(duì)未來充滿希望，他總結(jié)道：“通過未來的研發(fā)，鎂電池具有的更高能量密度，使其可能會(huì)超過鋰離子電池?！?/p>

的確，MgV系統(tǒng)可能會(huì)成為人們期待已久的下一代電池技術(shù)。

審核編輯 ：李倩