鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:693次 | 2021年12月21日
鋰電池、鈉離子電池都量產(chǎn)了,高倍率鎂充電電池還會遠(yuǎn)嗎?
使用高容量鎂金屬作為負(fù)極材料的鎂可充電電池(MRB),由于其能量密度、安全性和成本,而成為下一代電池的有希望的候選者。然而,高性能正極材料的缺乏阻礙了它們的發(fā)展。
與其鋰離子對應(yīng)物一樣,過渡金屬氧化物是MRB中的主要陰極材料。然而,Mg離子在氧化物內(nèi)部的緩慢擴(kuò)散造成了嚴(yán)重的問題。為了克服這個問題,一些研究人員探索了硫基材料。但是用于MRB的硫基正極具有嚴(yán)重的局限性:電子電導(dǎo)率低、Mg在固體Mg-S化合物中的擴(kuò)散緩慢以及多硫化物在電解質(zhì)中的溶解性,這導(dǎo)致低倍率性能和較差的循環(huán)性能。
現(xiàn)在,包括東北大學(xué)Shimokawa博士和Ichitsubo教授在內(nèi)的一個研究小組開發(fā)出液體硫/硫化物復(fù)合陰極,可實(shí)現(xiàn)高倍率鎂電池。他們的論文發(fā)表在JournalofMaterialsChemistryA上。
液態(tài)硫/硫化物復(fù)合材料可以通過在離子液體電解質(zhì)中在150℃下電化學(xué)氧化金屬硫化物(如硫化鐵)自發(fā)制備。該復(fù)合材料在容量、電位、循環(huán)性能和倍率性能方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。
基于活性硫的質(zhì)量,研究人員在1246mA/g的高電流密度下實(shí)現(xiàn)了~900mAh/g的放電容量。此外,他們揭示了通過利用快速充電過程形成的非平衡硫來提高放電電位。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
這種材料允許在150下穩(wěn)定的陰極性能超過50次循環(huán)。如此高的循環(huán)性可歸因于以下幾點(diǎn):液態(tài)活性材料的高結(jié)構(gòu)可逆性,多硫化物在離子液體電解質(zhì)中的溶解度低,以及硫因粘附在導(dǎo)電硫化物顆粒上形成多孔復(fù)合材料合成過程中的形貌。
盡管研究人員取得了進(jìn)展,但仍然存在一些問題。我們需要與正極和負(fù)極材料兼容的電解質(zhì),因?yàn)檫@項(xiàng)工作中使用的離子液體會鈍化鎂金屬負(fù)極,Shimokawa說,在未來,重要的是開發(fā)新的電化學(xué)穩(wěn)定電解質(zhì),使MRB更實(shí)用以廣泛使用。
盡管MRB仍處于開發(fā)階段,但研究團(tuán)隊(duì)希望他們的工作提供一種新的方法來利用液態(tài)硫作為MRB的高倍率正極材料。這將促進(jìn)硫基材料的改進(jìn),以實(shí)現(xiàn)高性能的下一代電池,Shimokawa補(bǔ)充道。