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基于普鲁士蓝正极的新型镁-锂混合电池

随着大规模储能和智能电网建设的加速推进,储能技术已成为全球最热点的研究领域之一。电化学储能技术具有效率高、投资少、使用安全、应用灵活等特点,最符合当今能源的发展方向。目前,虽然锂离子电池在便携式设备、电动汽车等领域已规模化应用,但由于锂资源储量有限,限制了锂电池在未来更加广泛的应用。

镁离子电池以镁金属为负极,相对于传统锂电石墨烯负极,能够提供更高的能量密度(镁负极的体积能量密度可达3833 mAh cm-3,石墨烯体积能量密度为777 mAh cm-3),同时镁金属负极表面无枝晶沉积行为,消除了枝晶所带来的安全隐患。另外镁元素在地壳的含量为2.0%,远高于锂(0.006%)。凭借这些独特的优势,镁离子电池发展受到越来越广泛的关注。然而镁离子的尺寸较大且电负性较强,导致其在正极中扩散严重受阻,传统的电极材料很难实现镁离子正常脱嵌,一定程度上制约了镁离子电池发展。

基于普鲁士蓝正极的新型镁-锂混合电池

镁-锂混合电池采用传统锂电池正极,镁-锂双盐电解液来实现锂离子在正极的脱嵌和镁离子在负极的沉积和溶解,在保障金属镁负极优势的同时,解决了二价镁离子在正极中脱嵌受阻的难题,为实现高能量密度、长循环寿命的镁离子电池提供一条新的捷径。近期,加拿大滑铁卢大学的Nazar课题组首次以普鲁士蓝类似物为正极材料,金属镁为负极,构建了镁锂混合电池,其电池体系能够实现2.3V的平均电压,能量密度高达290 Wh kg−1,相较于传统镁电正极切夫里相的Mo6S8(平均电压1.4V,能量密度170 Wh kg−1),电化学性实现了重大突破。同时普鲁士蓝类材料对含氯电解液有很好的抗腐蚀性,在循环过程中表现为良好的循环性,300次充放电的长循环后依然能保持较低的容量衰减(每次循环容量衰减仅为0.01%)。该研究为实现高能量密度的镁离子电池提供了新的思路。

相关论文发表在近期的Advance ScienceDOI: 10.1002/advs.201600044)上。

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基于普鲁士蓝正极的新型镁-锂混合电池基于普鲁士蓝正极的新型镁-锂混合电池

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