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国际合作

美:研究人员为镁离子电池找到了一种高效的固态电解质
2017-12-01 12:44:17   来源:太平洋电脑网    点击:

  虽然大家隔三差五就能听到有关“电池技术突破”的新闻,但锂离子电池依然是当前使用最广、综合表现最佳的选择。

  不过最近,麻省理工博客里实验室和阿贡国家实验室的一支研究团队,已经开发出了一种新型固态材料。它似乎是镁离子的一种绝佳导体、有望用于打造更安全和高效的电池。

  锂电池被用于从手机到电动汽车等各个领域,虽然这种金属材料服务得很好,但在效率和价格上仍有很大的改进空间。

  通过在核磁共振实验室进行的实验,研究人员们证明了新材料是镁离子的一种高效导体。(via:阿贡国家实验室)

  作为对比,镁元素的能量密度更高、在自然界中的储量也更多,因而很有希望拿来打造更加便宜和更容易生产的电池。然而要在电池中使用镁这种金属的话,还得迈过电解质这个绊脚石。

  其负责在电池的阴极和阳极之间传递电荷,虽然近期丰田和KIT都专注于研发更好的液体电解质,但它们都有腐蚀电池的其它部位的倾向。

  于是研究人员转念一想,为什么不尝试其它类型的电解质呢?

  论文合著者Gerbrand Ceder表示:镁基电池是一项全新的技术,它没有任何好用的液体电解质。所以研究人员想到,为什么不换用一种固态的电解质呢?

  好消息是,他们真的研制出了一种名叫“硒化钪镁尖晶石”(Magnesium Scandium Selenide Spinel)的新材料。这种固态电解质允许镁离子轻松穿透,且其导电性甚至媲美某些锂电池中所使用的固态电解质。

  最初的理论研究已经预测了不错的结果,为了验证,研究团队对其进行了核磁共振(NMR)光谱实验。

  该仪器能够检测镁(或锂)离子是否穿透物质,然而由于新材料有些复杂且缺少参考,导致他们难以解释数据结果。

  研究一作Pieremanuele Canepa表示:除了传统的电化学表征之外,这些发现只有结合多种技术方法才能说得通(阿贡实验室的固态核磁共振和同步测量)。

  即便如此,在将这种镁基新材料用于打造真实的电池之前,还有一些问题需要解决。比如当前仍有少量的电子泄露,需要改进电子迁移率。不过固态电池在商用之后,其安全性还是较传统液体电解质电池高出不少。

  有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《自然通讯》(Nature Communications)期刊上。

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