中國(guó)科學(xué)家利用銅離子制高能量鎂電池 充放電200次仍保持80%容量
中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所（QIBEBT）的研究人員打造具有可行性的高能量輸出鎂電池又近了一步。該項(xiàng)研究可將電動(dòng)汽車電池中的鋰用鎂取代，而鎂離子是一種富含銅的電荷載體，是一種導(dǎo)電性極高的材料，以讓電流自由流動(dòng)，輸出高能量。
據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（United States Geological Survey）的報(bào)告顯示，地球上鎂的儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋰。鎂電池由于鎂儲(chǔ)量豐富，因而可以降低成本。鎂的售價(jià)約為每噸5000美元，大約是鋰的一半。此外，即使在室溫下，與鋰電池相比，鎂電池也能提供更高的能量和功率密度。最后，由于鎂不是一種易于形成枝晶，導(dǎo)致電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生故障的材料，因而也更安全，可以避免電池爆炸和火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。
但是，在陰極和電解質(zhì)中使用鎂一直是阻礙鎂電池發(fā)展的障礙。鎂與電解液產(chǎn)生反應(yīng)會(huì)形成氯化物，而氯化物會(huì)導(dǎo)致電池性能變低，無法存儲(chǔ)和釋放大量能量，在商業(yè)上沒有競(jìng)爭(zhēng)力。于是，中國(guó)科學(xué)家們打造了一種經(jīng)濟(jì)上可行、使用銅離子作為電荷載體的高性能鎂電池。
在充電過程中，高密度的鎂離子在電解液中的擴(kuò)散會(huì)變慢。此外，鎂離子與陰離子之間的化學(xué)鍵很難打破，導(dǎo)致充放電循環(huán)特別差。為解決該問題，研究人員在陰極中采用了另一種電荷載體：銅，其可溶解在電解液中，使得電解液由鎂、銅離子和硼陰離子（BCM）構(gòu)成。
在鎂電池放電時(shí)，銅離子會(huì)溶解在電解液中，并在電極上形成金屬銅涂層。銅的導(dǎo)電性高，因而電流可以自由流動(dòng)，由此產(chǎn)生高能量。
在實(shí)驗(yàn)室中，鎂/銅電池在經(jīng)過200次充放電循環(huán)后，仍保持了80%的原始容量，表現(xiàn)出良好的性能。相比之后，商用鋰離子電池在1000次充放電循環(huán)后就會(huì)損失20%以上的原始容量。雖然目前，鎂/銅電池在商業(yè)上還不可行，但是為研發(fā)出可與鋰電池競(jìng)爭(zhēng)的電池開辟了道路。該研究負(fù)責(zé)人CUI Guanglei教授表示：“在未來兩年內(nèi)，我們希望讓該電池的充放電循環(huán)達(dá)到1000次里程碑。下一步，我們要設(shè)計(jì)出柔性電池包，因此首先需要打造出凝膠銅離子電解質(zhì)溶液。”
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