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液體硫基材料的使用使高倍率鎂電池的實現又近了一步

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年12月21日  

鎂充電電池(MRBs),其中高容量的金屬鎂被用作陽極材料,由于其能量密度、安全性和成本,是下一代電池的有希望的候選者。然而,缺乏高性能的正極材料阻礙了它們的發展。


鋰離子電池一樣,過渡金屬氧化物是MRB的主要正極材料。然而,鎂離子在氧化物中的緩慢擴散構成了一個嚴重的問題。為了克服這個問題,一些研究人員已經探索了硫基材料。但是,用于MRB的硫基陰極有嚴重的局限性:電子傳導性低,鎂在固體鎂-S化合物中的擴散緩慢,以及多硫化物在電解質中的溶解性,這導致了低速率能力和低循環性。


現在,包括東北大學的下川博士和Ichitsubo教授在內的一個研究小組已經開發出了液體硫/硫化物復合陰極,使高速鎂電池成為可能。他們的論文已經發表在《材料化學雜志A》上。


液態硫/硫化物復合材料可以通過在150℃的離子液體電解質中電化學氧化金屬硫化物(如硫化鐵)來自發制造。該復合材料在容量、電位、循環性和速率能力方面表現出很高的性能。


研究人員根據活性硫的質量,在1246毫安/克的高電流密度下實現了約900毫安/克的放電容量。此外,他們發現,通過利用快速充電過程中形成的非平衡硫,放電電位得到了提高。


這種材料使得陰極性能在150的條件下穩定了50次以上的循環。如此高的循環性可歸因于以下幾點:液態活性材料的高結構可逆性,多硫化物在離子液體電解質中的低溶解度,以及由于硫粘附在導電硫化物顆粒上而形成的高利用率,在合成復合材料的過程中形成多孔形態。


盡管研究人員取得了進展,但仍存在幾個問題。"Shimokawa說:"我們需要與陰極和陽極材料兼容的電解質,因為這項工作中使用的離子液體會鈍化鎂金屬陽極,在未來,重要的是開發新的電化學穩定的電解質,以使MRB更加實用,得到廣泛的使用。”


盡管MRB仍處于發展階段,但研究小組希望他們的工作提供了一種新的方法,利用液態硫作為MRB的高速陰極材料。這將促進硫基材料的改進,以實現高性能的下一代電池。


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