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【科学前沿】东京理科大学开发镁充电电池正极材料 或可替代锂

2023-02-14 10:01:30 厦门天研仪器有限公司 阅读 1201

锂离子电池具有卓越的性能,广泛应用于便携式电子产品和蜂窝基站等领域。然而,这种电池也具有难以忽视的缺陷。首先,锂的储量少且价格昂贵;此外,锂离子电池的能量密度不足;再加上电池被刺穿或在高温下存在安全风险。因此,研究人员致力于寻找替代技术。


在被测试为可充电电池的有效能量载体的多种元素中,镁被视为富有前景的候选元素。除了安全和储量丰富,镁还具有实现更高的电池容量的潜力。然而,这首先需要解决一些问题,包括镁离子提供的电压窗口低,以及在镁电池材料中观察到的不可靠循环性能。


据外媒报道,为了解决这些问题,日本东京理科大学(Tokyo University of Science)的Yasushi Idemoto教授负责的研究团队一直在寻找新的镁电池正极材料。值得一提的是,研究人员一直在寻找方法,以改善基于MgV系统的正极材料的性能。


研究人员重点关注Mg1.33V1.67O4系统,用锰代替一定数量的钒,从而得到Mg1.33V1.67−xMnxO4材料(其中x为0.1-0.4)。该系统具有很高的理论容量,为了解其实际应用,需要对其结构、循环性能和正极性能进行更详细的分析。因此,研究人员使用多种标准技术,对合成的正极材料进行表征。


首先,利用X射线衍射、吸收光谱和透射电子显微镜,研究Mg1.33V1.67−xMnxO4 化合物的组成、晶体结构、电子分布和颗粒形貌。分析表明,Mg1.33V1.67−xMnxO4为尖晶石结构,具有均匀的组成。接下来,研究人员进行了一系列电化学测试,以评估Mg1.33V1.67−xMnxO4的电池性能,包括使用不同的电解液,并测试在不同温度下产生的充放电性能。


该团队观察到,这些正极材料的放电容量很高,尤其是Mg1.33V1.57Mn0.1O4。但是,因循环次数的不同,也有很大的差异。为了解其中原因,研究人员分析了材料中钒原子附近的局部结构。Idemoto教授表示:“观察显示,特别稳定的晶体结构和大量的钒电荷补偿,使Mg1.33V1.57Mn0.1O4具有卓越的充放电性能。总的来说,研究结果表明,Mg1.33V1.57Mn0.1O4可能是一种很好的镁可充电电池的正极材料选项。”


Idemoto教授总结道:“通过进一步研发,未来镁电池可能具有更高的能量密度,从而超过锂离子电池。