研究人員為鎂離子電池找到了一種高效的固態(tài)電解質(zhì)

雖然我們隔三差五就能聽到有關(guān)“電池技術(shù)突破”的新聞，但鋰離子電池依然是當(dāng)前使用最廣、綜合表現(xiàn)最佳的選擇。 不過最近，麻省理工博客里實(shí)驗(yàn)室和阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的一支研究團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)開發(fā)出了一種新型固態(tài)材料。它似乎是鎂離子的一種絕佳導(dǎo)體、有望用于打造更安全和高效的電池。 鋰電池被用于從手機(jī)到電動(dòng)汽車等各個(gè)領(lǐng)域，雖然這種金屬材料服務(wù)得很好，但在效率和價(jià)格上仍有很大的改進(jìn)空間。

通過在核磁共振實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，研究人員們證明了新材料是鎂離子的一種高效導(dǎo)體(via：阿貢國家實(shí)驗(yàn)室)

作為對(duì)比，鎂元素的能量密度更高、在自然界中的儲(chǔ)量也更多， 因而很有希望拿來打造更加便宜和更容易生產(chǎn)的電池。然而要在電池中使用鎂這種金屬的話，還得邁過電解質(zhì)這個(gè)絆腳石。

其負(fù)責(zé)在電池的陰極和陽極之間傳遞電荷， 雖然近期豐田和 KIT 都專注于研發(fā)更好的液體電解質(zhì)，但它們都有腐蝕電池的其它部位的傾向。 于是我們轉(zhuǎn)念一想，為什么不嘗試其它類型的電解質(zhì)呢?

論文合著者 Gerbrand Ceder 表示：鎂基電池是一項(xiàng)全新的技術(shù)，它沒有任何好用的液體電解質(zhì)。所以我們想到，為什么不換用一種固態(tài)的電解質(zhì)呢?

好消息是， 他們真的研制出了一種名叫“硒化鈧鎂尖晶石”(magnesium scandium selenide spinel)的新材料 。這種固態(tài)電解質(zhì)允許鎂離子輕松穿透，且其導(dǎo)電性甚至媲美某些鋰電池中所使用的固態(tài)電解質(zhì)。

最初的理論研究已經(jīng)預(yù)測了不錯(cuò)的結(jié)果， 為了驗(yàn)證，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)其進(jìn)行了核磁共振(NMR)光譜實(shí)驗(yàn)。 該儀器能夠檢測鎂(或鋰)離子是否穿透物質(zhì)，然而由于新材料有些復(fù)雜且缺少參考，導(dǎo)致他們難以解釋數(shù)據(jù)結(jié)果。

研究一作 Pieremanuele Canepa 表示：除了傳統(tǒng)的電化學(xué)表征之外，這些發(fā)現(xiàn)只有結(jié)合多種技術(shù)方法才能說得通(阿貢實(shí)驗(yàn)室的固態(tài)核磁共振和同步測量)。

即便如此，在將這種鎂基新材料用于打造真實(shí)的電池之前，還有一些問題需要解決。比如當(dāng)前仍有少量的電子泄露，需要改進(jìn)電子遷移率。不過固態(tài)電池在商用之后，其安全性還是較傳統(tǒng)液體電解質(zhì)電池高出不少。

有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《自然通訊》( Nature Communications )期刊上。