南京大學研發新型鎂電池負極材料

2020-12-05 中國鋁業網

【鋁道網】採用金屬鎂作為負極的可充電鎂電池具有資源豐富、理論比能量高、無鋰枝晶生長、安全性好、價格低廉等潛在的優點。然而，由於二價Mg2 的極性較大、Mg2 嵌入到正極材料中的動力學緩慢等問題，嚴重製約了鎂電池的實際性能。到目前為止，在鎂電池中只有少數的金屬/合金型或離子嵌入型負極材料表現出合適的放電容量和循環穩定性。

為了改善鎂電池電極材料的綜合性能，必需對其原子結構和表界面進行優化設計。電極材料中的晶格缺陷，例如氧空位，對於過渡金屬氧化物的物理和化學性質有很大影響。電極材料中的氧空位可以促進電子和離子的傳輸，有效提高電池的電化學性能。

南京大學化學化工學院金鐘教授和馬晶教授團隊密切合作，提出了一種新的原子取代方法，以超薄TiS2納米片為前驅體來合成含有豐富氧空位（OVs）的超薄、多孔、黑色TiO2-x （B-TiO2-x）納米片，用於鎂電池負極材料。

實驗結果和DFT理論計算均證實，B-TiO2-x電極材料中存在的大量OVs能夠顯著提高材料的導電性和提供大量的鎂離子存儲位點，並表現出了較快的電化學反應動力學和優異的比容量和循環穩定性。該工作證明利用缺陷工程策略可以有效改善鎂電池電極材料的整體電化學性能。

這一成果以「Atomic Substitution Enabled Synthesis of Vacancy-Rich Two-Dimensional Black TiO2-x Nanoflakes for High-Performance Rechargeable Magnesium Batteries」為題發表在ACS Nano 2018, 12, 12492-12502上。關注材料科學與工程公眾號學習更多知識。該研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、江蘇省傑出青年基金、江蘇省雙創人才計劃等項目的資助。

作者:匿名12690次瀏覽

相關焦點

  • 梳理:新型鎂電池的最新發展動態
    美國可再生能源國家實驗室的Ban等人通過熱交聯聚丙烯腈、Mg(TFSI)2、炭黑等在金屬鎂粉表面構築一層約100 nm的鎂離子傳導聚合物層，該界面層的構築實現了金屬鎂負極在含水碳酸丙烯酯溶劑電解質中的可逆循環，在0.5 M Mg(TFSI)2/PC + 3 M H2O電解質中，Mg/V2O5全電池表現出優異的循環性能，為高電壓鎂電池的構築提供了借鑑思路。
  • 鎂電池替代鋰電池前景幾何?
    近日，據某外媒報導，豐田汽車北美研究院研發的鎂電池取得了突破性進展，有望成為鋰電池的替代品。
  • 解析鎂電池技術:前景廣闊 商業化不易
    近日，據海外媒體報導，豐田汽車北美研究院研發的鎂電池取得了突破性進展，有望成為鋰電池的替代品。　　這一消息著實令人振奮。眾所周知，動力電池堪稱電動新能源汽車的「心臟」，關於動力電池的技術路線之爭，一直是新能源汽車領域的熱點話題。
  • 日本研發空氣鎂電池 容量為鋰電池10倍
    據日媒報導，日本目前正在推進空氣鎂電池的大容量化研究，該電池的工作原理為通過空氣中的氧氣和金屬鎂發生化學反應產生電能。參與的機構包括古河電池、尼康、日產汽車、日本東北大學、宮城縣日向市等產業界、學界、政府方面的11個單位。
  • 新型二次鎂電池是什麼,是否有望替代鋰離子電池?
    新型二次鎂電池是什麼，有望替代鋰離子電池？由於鎂電池毒性低容易實現逆轉反應，使人們對利用鎂作為高能量密度可充電電池的陽極材料產生了極大的興趣，但由於缺乏合適的互補型陰極和電解液很難實現。目前二次電池行業主要以鋰離子電池為主，但此類電池的能量密度和電力存儲能力有限。
  • 研究人員研發新型陰極和電解液 使高功率鎂電池成為可能
    據外媒報導，休斯頓大學(University of Houston)和豐田北美研究所(Toyota Research Institute of North America)的研究人員已經開發出一種新型陰極和電解液，可用於製作高功率鎂電池，使鎂電池不僅可在室溫下工作，功率密度也能媲美鋰電池。而陰極和電解液之前一直是影響鎂電池發展的限制性因素。
  • 梳理:近年來頂刊報導了哪些鎂電池的重大突破?
    歡迎關注，歡迎投稿（投稿方式請見文末）可充電鎂電池因具有比鋰離子電池更高的安全性和更低廉的價格而受到越來越多的關注，近些年研究者們針對高性能鎂電解質的開發、嵌鎂正極材料設計以及電解質-負極界面改性等方面投入了大量研究，許多技術壁壘也不斷被突破。下面匯總了近兩年內在高水平雜誌上發表的關於可充電鎂電池的研究成果，以期為研究者提供該領域最新動態和發展趨勢。
  • 用空氣發電 日本研發大容量空氣鎂電池
    日本正在推進空氣鎂電池的大容量化研究，該電池的工作原理為通過空氣中的氧氣和金屬鎂發生化學反應產生電能。參與的機構包括古河電池、尼康、日產汽車、日本東北大學、宮城縣日向市等產業界、學界、政府方面的11個單位。作為研究的第一步，古河電池計劃在年內生產出發電量為300瓦的應急電源，用於給手機等充電。
  • 日本研發「空氣鎂電池」 可達鋰電池10倍
    日本正在推進空氣鎂電池的大容量化研究，該電池的工作原理為通過空氣中的氧氣和金屬鎂發生化學反應產生電能。參與的機構包括古河電池、尼康、日產汽車、日本東北大學、宮城縣日向市等產業界、學界、政府方面的11個單位。
  • 鎂電池領域取得了重大突破
    ，高體積容量，並且無枝晶生長行為的鎂金屬可以直接用作電池負極。鎂二價離子和電解液與正極材料相互作用較強，導致鎂離子的解離和擴散極為緩慢，因此很少有正極材料可以高效地儲存鎂離子。當前為數不多的可儲鎂的正極材料也只有在高溫和低電流密度下才能趨近理論容量。此外，鎂金屬能否在高電流密度條件下保持無枝晶生長，業界也存在一定的爭議。因此，尋找到合適的電解液和正極材料讓Mg2+能夠快速地傳輸和存儲，將成為得到高功率鎂電池的關鍵。
  • 極大潛力超過鋰電池：高功率鎂電池取得重大突破
    【能源人都在看，點擊右上角加'關注'】北極星儲能網訊:鎂電池自2000年問世以來一直被認為有極大的潛力超越鋰離子電池，其原因主要是低價，高體積容量，並且無枝晶生長行為的鎂金屬可以直接用作電池負極。但是這項技術的發展一直非常緩慢。鎂二價離子和電解液與正極材料相互作用較強，導致鎂離子的解離和擴散極為緩慢，因此很少有正極材料可以高效地儲存鎂離子。
  • 極大潛力超過鋰電池:高功率鎂電池取得重大突破
    【能源人都在看，點擊右上角加'關注'】北極星儲能網訊:鎂電池自2000年問世以來一直被認為有極大的潛力超越鋰離子電池，其原因主要是低價，高體積容量，並且無枝晶生長行為的鎂金屬可以直接用作電池負極。但是這項技術的發展一直非常緩慢。
  • 青島能源所開發出高性能鎂電池用凝膠聚合物電解質
    美國能源部可再生能源實驗室、日本豐田集團、歐盟「展望2020」科研計劃等都在積極布局鎂電池研發項目，足可見其重要性。在眾多鹼金屬和鹼土金屬負極中（鋰、鈉、鉀、鎂、鈣、鋅），鎂金屬負極擁有不易長枝晶、高體積比容量（3833mAh/cm3，鋰金屬僅有2036mAh/cm3）、高儲量（地殼元素中含量第五）、低成本（只有鋰金屬的1/30）等諸多競爭性優勢。
  • 鎂電池取得突破 也許再也不用擔心爆炸了
    用鎂替代鋁就是一種好選擇，但從以前的記錄看鎂電池存儲的電能有限。休斯敦大學電子計算機工程副教授姚燕（Yan Yao）相信，他取得了一些突破，可以讓鎂電池的效率明顯提升。姚燕說：「我們將納米結構的負極與新的鎂電解液結合。」在過去幾年裡，他一直在研究如何讓鎂離子的移動速度加快。鎂離子移動越快效率越高。與此同時，他重新設計了負極，增強性能。
  • 新的陰極和電解質材料大幅提升鎂電池的功率密度
    長期以來，鎂電池一直被認為是一種潛在的更安全和更便宜的鋰離子電池替代品，但之前開發的鎂電池在功率密度方面受到嚴重限制。來自休斯敦大學和北美豐田研究所（TRINA）的研究人員在《Nature Energy》雜誌上報告說，他們已經開發出一種新的陰極和電解質（以前是高能鎂電池的限制因素）來證明鎂電池能夠在室溫下工作，並提供與鋰離子電池相當的功率密度。
  • 鎂電池組成結構_鎂電池使用壽命
    打開APP 鎂電池組成結構_鎂電池使用壽命 發表於 2019-08-27 11:30:29 　　鎂電池是以鎂為負極，某些金屬或非金屬氧化物為正極的原電池。
  • 鋰離子電池新型負極材料的改進與研究
    碳納米管的中空結構及膨脹石墨的孔洞，提供了大量的鋰活性位，而且這種結構能緩衝材料在充放電過程中產生的體積效應。　　3.2石墨烯　　2004年英國Manchester大學研究者首次發現石墨烯材料，並獲得諾貝爾獎。
  • 湖南大學張明教授課題組在新型負極材料及器件領域取得新進展
    近日，湖南大學物理與微電子科學學院張明教授課題組在ACSNano上發表最新研究成果：「Sulfur-Rich (NH4)2Mo3S13as a Highly Reversible Anode for Sodium/Potassium-Ion Batteries」。
  • 使用金屬滷化物鈣鈦礦新型材料實現了金屬鋰負極與電解液的隔離
    打開APP 使用金屬滷化物鈣鈦礦新型材料實現了金屬鋰負極與電解液的隔離 佚名 發表於 2020-04-15 14:31:16 作為一種新型可溶液加工的離子型半導體材料
  • 鎂電池研究新突破:休斯頓大學發現鎂電池陰極新設計
    這種新電池的存儲容量為400mAh/g，而較早的鎂電池為100mAh/g。商業鋰離子電池的陰極容量約200mAh/g。新電池的電壓保持在一伏左右，而鋰電池的電壓則為三到四伏。新電池通過將一氯化鎂放入基體如二硫化鈦之類來儲存能量。與傳統鎂電池相比，通過保持氯化鎂化學鍵，陰極顯示出比傳統鎂快得多的擴散特性。