“电池”突破多项技术 镁金属二次电池关键科学问题等方面取得系列进展

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镁二次电池指的是以金属镁为负极的可循环电池，组成镁二次电池的核心是镁负极、电解液及能嵌入Mg的正极材料。金属镁具有极高的体积容量，是作为高体积能量密度电池负极的极佳选择。镁二次电池的工作原理与锂二次电池原理相同，但是，镁二次电池比锂二次电池更安全，因为镁及相当多的镁化学物都是无毒或低毒的，并且镁不如锂活泼，更易于加工操作，镁暴露在空气也比锂安全，而且镁电池没有类似锂电池的枝晶生长的问题。

近年来发展起来的可循环镁二次电池极具潜力，成为“后锂离子电池”时期极具发展潜力的电池体系之一。中国是全球最大的镁资源及镁加工产品的生产国和出口国，因此，我国发展镁电池具有得天独厚的资源优势和产业优势。然而，镁金属二次电池的发展尚处于初期阶段，还有诸多技术瓶颈亟待克服。

为此，中国科学院青岛生物能源与过程研究所固态能源系统技术中心围绕镁电池中的关键科学问题，开展了大量富有影响力的研究工作。在镁金属负极是否存在枝晶问题上，研究团队通过多种原位谱学表征证明，施加电流大小直接影响了电化学反应界面处的含氯物种分布，进而引发了不同的镁溶出行为。该研究不仅引起科学家对各种金属负极溶出行为的重点关注，同时启发研究者们，要综合考虑金属负极的沉积-溶解过程才能判断其真正的实用性。

研究团队早期开发了大量铜硫化合物和铜硒化合物储镁正极材料，近期，为了充分认识其电荷存储机制，研究团队以Cu2-xSe为模型材料，利用该类材料中的特殊阴离子补偿机制，在Cu2-xSe正极中引入Mo6S8，制备得到的嵌入-转化型复合正极能够有效固定正极侧的多硒化物，显著提高了电化学性能。在100mA g-1的电流密度下，可逆比容量从140mAh g-1提高到220mAh g-1，而且倍率性能和长循环稳定性也有大幅提升。这项工作为硫族转化型正极的研究提供了全新认识，对新型高能储镁正极的开发具有重要意义。

为了充分发挥镁金属电池的高安全特性，进一步拓展其在高温特种电源方面的应用场景，研究团队还设计开发了一种具有自支撑特性的单离子导体聚合物基镁电解质，能够表现出优异的综合电化学性能。利用该聚合物电解质组装的镁金属二次电池可以在150℃高温条件下正常运行，还为地下资源勘探、火星探测等高温特种电源领域提供了技术储备。

镁电池满足了人们对于开发高性能、低成本、安全环保的大型充电电池的需求。但由于目前镁电池的容量不足，镁二次电池的研究还处于初级阶段，离实际应用仍有一段距离。但随着对镁二次电池研究的不断深入，我们很有可能可以看到，镁二次电池真正成为大型设备的新能源的一天。

(资料来源：科技日报)

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