無序鎂鉻氧化物陰極材料,為鎂電池帶來新氣象

作者 | 發布日期 2018 年 12 月 24 日 18:08 | 分類 材料 , 零組件 , 電池 follow us in feedly

鎂電池儲能容量比傳統鋰離子電池還要高,但仍有重大障礙需克服,即鎂電池最常使用的碳酸鹽電解質在電化學反應過程中常形成阻擋層,影響充電效能。現在科學家發現,微小、無序的鎂鉻氧化物可能成為新型鎂電池技術的關鍵。



隨著科技產品對電池容量與性能的要求日益增高,市場霸主鋰離子電池也逐漸走到技術門檻,科學界不斷的在提出新替代技術。而能在儲存更多能量同時縮小電池體積的鎂電池,就是下一代有力候選人之一,只不過還有電解質阻擋層、陰極材料等問題未解。

過去有電腦模擬預測,化學式為 MgCr2O4 的鎂鉻鐵礦可能是鎂電池陰極的好選擇,受這項研究啟發,倫敦大學學院(University College London,UCL)材料化學家 Jawwad Darr 製造了約 5nm 的無序鎂鉻氧化物陰極材料。

接著伊利諾伊大學芝加哥分校(University of Illinois at Chicago,UIC)研究人員以 X 射線繞射(X-ray diffraction)、X 射線吸收光譜學(X-ray absorption spectroscopy,XAS)、尖端電化學方法等技術,比較 5nm 無序鎂鉻氧化物材料與 7nm 有序鎂鉻氧化物材料,觀察兩者在遇到活潑的鎂時發生哪些結構與化學變化。

結果研究人員發現兩種材料的表現天差地遠。傳統上,我們認為有序晶體能提供更清晰明朗的路徑,使電池更容易充放電,但真實情況表明,無序結構增加表面積,反而引進新的擴散路徑讓鎂離子可逆儲存在材料中。儘管技術還處於早期開發階段,但已經是鎂電池領域的重大進展。

研究團隊將繼續研究其他無序的高表面積材料,以進一步提高電池儲能能力,希望有朝一日開發出實用的鎂電池。新論文發表在《Nanoscale》期刊。

(首圖來源:倫敦大學學院

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