圣母大学开发非锂离子电池系统 为下一代储能系统供电

Elisha 盖世汽车2021-11-23 11:16:39
可充电镁金属电池系统颇具吸引力,因为镁储量丰富,而且金属镁负极具有高体积容量。

盖世汽车讯 据外媒报道,由美国圣母大学(University of Notre Dame)化学和生物分子工程系教授Jennifer L. Schaefer领导的研究人员,分析了镁离子导电固体聚合物电解质如何在两个独立的电池系统中工作。

Schaefer表示:“为了进一步实现运输电气化,开发可再生能源储能系统,需要改进储能设备。为了满足这些需求,除锂离子电池之外的其他电池系统受到关注。在这些电池系统中,可充电镁金属电池系统颇具吸引力,因为镁储量丰富,而且金属镁负极具有高体积容量。”

离子电池中包括正、负极和电解质。通常情况下,电解质是一种溶解在液体中或分散在凝胶中的盐,将两个电极连接起来。向电极施加电荷时,会发生电化学反应,将分子分裂成基本成分。这些成分,通常是原子离子和电子,分别移动至相反的电极,以一种方式重新组合,要么向连接的设备释放能量,要么从电源吸收能量。

据介绍,带有非液体电解质的镁金属电池一直未得到充分研究,因其存在严重的离子传输和/或界面化学问题。带有液体电解质的镁金属电池前景较好,但也面临着与锂离子电池相同的问题,包括挥发性、易燃性和可能出现泄漏,以及腐蚀性和/或可逆性问题。

Schaefer表示:“与液体电解质相比,固体聚合物电解质具有更高的热稳定性、机械稳定性和电化学稳定性。同时,相对于无机固体电解质,固体聚合物电解质的成本和密度更低,具有潜在的优势。虽然锂离子导电固体聚合物电解质已得到广泛研究,但关于镁离子导电版本的成功报道相对较少。”

在这种情况下,对这类系统中离子如何反应和传输的了解也有限。该研究团队分析了如何通过聚合物中的镁基盐制成镁聚合物电解质PCL-PTMC,并与普通的聚醚电解质进行比较,探讨两种电解质与镁金属负极的接触情况。通过光谱技术检测每种电解质的离子形态,结果表明PCL-PTMC中的镁离子以离子络合物的形式存在,与其他离子键合,而不是以游离镁离子的形式存在。

“如之前的锂盐报道,PCL-PTMC中带正电荷的离子与聚合物链之间的相互作用,要弱于其他聚合物。”Schaefer指出,较弱的相互作用可以改善带正电荷离子的传导。“然而,含有镁PCL-PTMC电解质的电芯极化,导致产生高度分散的、呈颗粒状的沉积物。”

研究人员推断,通过光谱识别出来的镁络合物参与传导后在电极上分解,从而抑制电极进一步相互作用。该团队计划继续探讨其他盐类,以及其他电解质界面,以避免镁电极受到不良化学沉积的影响。

Schaefer表示,未来的工作将集中在克服界面问题和量化镁传导的方法上。