有機雙鹽锂鎂電池

TIME: 2022-08-29 新聞資訊

有機雙鹽锂鎂電池是为解决现代智能电网对储能电池应用的需求而被研发出来的，其在循环寿命、功率密度、成本、安全性等方面的性能具有差不多可以与锂離子電池相媲美的优势。室温二次镁基电池是一类以金属镁为负极的电化学储能体系，具有负极地壳储量丰富、成本低（金属镁的价格不足金属锂价格的5%）、体积比容量大（3833mAh/cm3）、电化学循环过程中无枝晶生成等优势，且镁离子的理论还原电位只比锂离子高出0.6V左右，只要采用适配的正极结构框架，镁基电池仍可维持与锂離子電池相当的能量密度。而且，稳定的镁离子可逆沉积/剥离有助于抑制负极端体积膨胀、减少电解液消耗，显著改善镁基电池的循环寿命和功率密度。因此，镁基电池可在不牺牲能量密度的前提下，满足下一代储能体系的指标要求。

然而，緩慢的鎂離子晶格內遷移和無機框架的低理論容量等缺點仍限制著鎂電池的廣泛應用。锂鎂雙鹽電解質體系通過占主導的锂離子（代替鎂離子）嵌入正極晶格可實現正極端動力學的激活，同時不犧牲鎂金屬負極端循環過程的穩定性，避開了鎂離子動力學性能差的缺點，極大拓展了鎂電池正極材料的選擇範圍。近日，中國科學院上海矽酸鹽研究所研究員李馳麟帶領的團隊提出一類雙鹽電解質激活的多電子反應的有機鎂電池，其正極采用綠色可再生的玫瑰紅酸鹽（如Na2C6O6）。

納米結構的有機體系以高密度羰基(C=O)作爲氧化還原反應位，可實現高達350-400mAh/g的可逆容量（三電子轉移），通過還原氧化石墨烯（RGO）配線可進一步實現高倍率的電化學性能，其在2.5A/g(5C)和5A/g(10C)電流密度下的容量仍可分別維持在200和175mAh/g，高倍率性能也受益于大電流和長循環條件下鎂負極仍無枝晶形成。這一優異性能受益于锂在Na2C6O6中的高本征擴散系數(10-12-10-11cm2/s)和大于60%的赝電容貢獻，更牢固的非锂釘紮效應（通過Na-O-C和Mg-O-C實現）可抑制晶粒中C6O6層的剝落，實現長達至少600次的充放電循環。這一有機鎂電池的正極活性物質的能量密度可超過500Wh/kg，可容忍超過4000W/kg的功率密度，這一性能超過了基于無機結構的高電位嵌入正極材料的水平。

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