【科學(xué)前沿】東京理科大學(xué)開發(fā)鎂充電電池正極材料 或可替代鋰
鋰離子電池具有卓越的性能,廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品和蜂窩基站等領(lǐng)域。然而,這種電池也具有難以忽視的缺陷。首先,鋰的儲量少且價格昂貴;此外,鋰離子電池的能量密度不足;再加上電池被刺穿或在高溫下存在安全風(fēng)險。因此,研究人員致力于尋找替代技術(shù)。
在被測試為可充電電池的有效能量載體的多種元素中,鎂被視為富有前景的候選元素。除了安全和儲量豐富,鎂還具有實現(xiàn)更高的電池容量的潛力。然而,這首先需要解決一些問題,包括鎂離子提供的電壓窗口低,以及在鎂電池材料中觀察到的不可靠循環(huán)性能。
據(jù)外媒報道,為了解決這些問題,日本東京理科大學(xué)(Tokyo University of Science)的Yasushi Idemoto教授負(fù)責(zé)的研究團(tuán)隊一直在尋找新的鎂電池正極材料。值得一提的是,研究人員一直在尋找方法,以改善基于MgV系統(tǒng)的正極材料的性能。
研究人員重點關(guān)注Mg1.33V1.67O4系統(tǒng),用錳代替一定數(shù)量的釩,從而得到Mg1.33V1.67?xMnxO4材料(其中x為0.1-0.4)。該系統(tǒng)具有很高的理論容量,為了解其實際應(yīng)用,需要對其結(jié)構(gòu)、循環(huán)性能和正極性能進(jìn)行更詳細(xì)的分析。因此,研究人員使用多種標(biāo)準(zhǔn)技術(shù),對合成的正極材料進(jìn)行表征。
首先,利用X射線衍射、吸收光譜和透射電子顯微鏡,研究Mg1.33V1.67?xMnxO4 化合物的組成、晶體結(jié)構(gòu)、電子分布和顆粒形貌。分析表明,Mg1.33V1.67?xMnxO4為尖晶石結(jié)構(gòu),具有均勻的組成。接下來,研究人員進(jìn)行了一系列電化學(xué)測試,以評估Mg1.33V1.67?xMnxO4的電池性能,包括使用不同的電解液,并測試在不同溫度下產(chǎn)生的充放電性能。
該團(tuán)隊觀察到,這些正極材料的放電容量很高,尤其是Mg1.33V1.57Mn0.1O4。但是,因循環(huán)次數(shù)的不同,也有很大的差異。為了解其中原因,研究人員分析了材料中釩原子附近的局部結(jié)構(gòu)。Idemoto教授表示:“觀察顯示,特別穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)和大量的釩電荷補償,使Mg1.33V1.57Mn0.1O4具有卓越的充放電性能??偟膩碚f,研究結(jié)果表明,Mg1.33V1.57Mn0.1O4可能是一種很好的鎂可充電電池的正極材料選項?!?/p>
Idemoto教授總結(jié)道:“通過進(jìn)一步研發(fā),未來鎂電池可能具有更高的能量密度,從而超過鋰離子電池。