新型二次鎂電池是什麼,是否有望替代鋰離子電池?

2020-12-06 XTAR愛克斯達

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。有人表示新型二次鎂電池作為高能量密度的二次電池有能力替代鋰離子電池。

高能量密度新型二次鎂電池有望替代鋰離子電池

新型二次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。現有品種中,有與普通鋅錳乾電池相似的隨時可以放電的鎂錳乾電池;還有乾燥狀態下可長期儲存,臨用時加水使之活化而可隨機使用的儲備型電池。

新型二次鎂電池是低成本電池無鉛化的另一重要解決方案,然而目前的瓶頸問題在於缺乏穩定、無腐蝕性、寬電位窗口電解液體系。提出的硼基大陰離子鎂基電解質的設計理念合成了具有高離子電導率、非親核性、寬電化學窗口等優異性能的鎂系電解質體系,構建了高能量密度鎂電池體系,該新型鎂二次電池設計理念為未來低成本電池的發展提供了新思路和方向。

高能量密度新型二次鎂電池與鋰離子電池相比

1、鎂不如鋰活潑易於加工操作,鎂暴露在空氣也比鋰安全,而且鎂電池沒有類似鋰電池的枝晶生長的問題;

2、鋰的熔點約為180攝氏度,而鎂的熔點高達約650攝氏度,因而更為安全;與鋰離子電池相比其充電量和放電電壓更高,而成本則低得多;

3、鎂的蘊藏量也比鋰豐富得多是後鋰時代重要候選材料之一,新型二次鎂電池比鋰離子電池儲能效率更高、更便宜、更安全,鎂電池的廣泛可用性對推動電動汽車和分布式儲能技術發展具有決定性作用;

4、新型二次鎂電池具有能量高、體積小、重量輕、容量大、貯存壽命長、工作度範圍寬、應用領域廣、性價比優勢大、環保無汙染、可二次回收的特點;

5、鋰離子電池的限制因素之一就是它的陽極,出於安全考慮鋰離子電池中必須使用低容量的碳棒,因為純鋰材料的陽極能夠引發危險的短路甚至起火。相比之下鎂作為陽極更加安全,因此陰極材料與鎂搭配會讓電池體積更小但儲存能力更強。

人們對新型二次鎂電池的研究還處於初級階段,所開發的正極嵌入材料並不多,而且大部分循環性能不佳。在電解液方面仍面臨如何提高電導率和穩定性的問題。因此尋找合適的電解質電解液體系和正極材料是新型二次鎂電池研究的關鍵。

儘管新型二次鎂電池的充電問題還在繼續研究,但不得不說新型二次鎂電池確實十分吸引人,除了安全性和能量密度更高之外地球上的鎂元素比鋰豐富約3000倍,且回收更簡單。因此新型二次鎂電池比鋰離子電池便宜,也有助於減少電池製造中對鋰原材料的依賴。同時用鎂開發出的蓄電池充電量和放電電壓更高,容量更大,比較容易實現小型化,因此有望成為替代鋰電池的新一代電池。

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    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。a) 純Mg2+嵌入時需要Mg-Cl鍵斷裂過程且二價鎂離子與宿主材料陰陽離子間較強的相互作用導致較高的擴散勢壘 ;b) MgCl+不需要克服Mg-Cl鍵斷裂勢壘且由於電荷屏蔽效應導致較低的擴散能壘。
  • 鎂二次電池材料的研究與應用分析
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    蓋世汽車訊 私人、公共和商業運輸(汽車、公交車、卡車)等電動汽車對電池需求不斷增加,因而人們開始研發鋁離子電池以滿足需求。而電動汽車需要大量的電力才能正常運行,因而對電池產生了高要求,導致電池必須能夠進行快速、劇烈的電化學反應,以驅動外部電力(如電機、電子設備等)。
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  • 新生代二次電池技術,誰將成為明日之星?
    鋰離子二次電池以其清潔高效、質量輕、容量大等優點,已經被廣泛應用於可攜式電子設備電源中。近年來,隨著電動車等大型動力系統技術的發展,對二次電池的需求逐漸向大功率、低成本邁進,而且在能源和環境問題的日益加劇下,綠色可再生資源成為研究的熱點。
  • 新型鎳鋅電池或可取代鋰離子電池
    ­  (編譯 / 魏昕宇)­  鋰離子電池被廣泛應用於手機、筆記本電腦等可攜式電子產品。雖然具有眾多優點,鋰離子電池的安全性一直為人詬病,也不時引發消費者的擔憂。因此,來自世界各地的研究人員都在致力於提高鋰離子電池的安全性或者尋找鋰離子電池的替代品。一項新的研究表明,一種以鋅為電極的新型電池或有望取代鋰離子電池。
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    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。
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