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液體硫基材料的使用使高倍率鎂電池的實(shí)現(xiàn)又近了一步

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:523次  |  2021年12月21日  

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(fā)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(kuò)散構(gòu)成了一個嚴(yán)重的問題。為了克服這個問題,一些研究人員已經(jīng)探索了硫基材料。但是,用于MRB的硫基陰極有嚴(yán)重的局限性:電子傳導(dǎo)性低,鎂在固體鎂-S化合物中的擴(kuò)散緩慢,以及多硫化物在電解質(zhì)中的溶解性,這導(dǎo)致了低速率能力和低循環(huán)性。


現(xiàn)在,包括東北大學(xué)的下川博士和Ichitsubo教授在內(nèi)的一個研究小組已經(jīng)開發(fā)出了液體硫/硫化物復(fù)合陰極,使高速鎂電池成為可能。他們的論文已經(jīng)發(fā)表在《材料化學(xué)雜志A》上。


液態(tài)硫/硫化物復(fù)合材料可以通過在150℃的離子液體電解質(zhì)中電化學(xué)氧化金屬硫化物(如硫化鐵)來自發(fā)制造。該復(fù)合材料在容量、電位、循環(huán)性和速率能力方面表現(xiàn)出很高的性能。


研究人員根據(jù)活性硫的質(zhì)量,在1246毫安/克的高電流密度下實(shí)現(xiàn)了約900毫安/克的放電容量。此外,他們發(fā)現(xiàn),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。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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


盡管研究人員取得了進(jìn)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(zhì),因?yàn)檫@項(xiàng)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(fā)新的電化學(xué)穩(wěn)定的電解質(zhì),以使MRB更加實(shí)用,得到廣泛的使用?!?/p>


盡管MRB仍處于發(fā)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(tài)硫作為MRB的高速陰極材料。這將促進(jìn)硫基材料的改進(jìn),以實(shí)現(xiàn)高性能的下一代電池。


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