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。
隨著對電網規模儲能和其他應用的需求越來越迫切，研究人員已經在尋找更便宜和更容易獲得的鋰的替代品。
鎂離子的電荷量是鋰的兩倍，而離子半徑相似。因此，鎂從電解質中解離和在電極中擴散，這兩個在經典夾層陰極中發生的基本過程，在室溫下是遲緩的，導致功率性能低下。解決這些難題的方法之一是改善高溫下的化學反應。另一種則是通過以複雜的形式存儲鎂陽離子來規避這些困難。這兩種方法都不實用。
休斯敦大學電氣和計算機工程學院庫倫教授、該論文的共同通訊作者Yan Yao表示，突破性的成果來自於將有機醌陰極和基於硼簇的新型定製電解質溶液相結合。
"我們展示了一種異質烯化氧化還原化學，以創建一種陰極，它不會受到離子解離和固態擴散挑戰的阻礙，這些挑戰阻礙了鎂電池在室溫下的高效運行，"Yao說。"這一類新型氧化還原化學避開了固態互溶的需要，同時只儲存鎂，而不是其複雜的形式，創造了鎂電池電極設計的新範式。"
Yao也是UH德州超導中心(TcSUH)的首席研究員，他是多價金屬離子電池開發的領導者。他的小組最近在《Nature Energy》上發表了一篇關於更好的多價電池路線圖的文章。
TRINA的研究人員在鎂電池領域取得了巨大的進步，包括開發了基於硼簇陰離子的高度認可的高效電解質。然而，這些電解質在支持高電池循環率方面存在局限性。
"原則上基於這些弱配位陰離子的電解質有可能支持非常高的循環率，因此我們致力於調整它們的特性，"TRINA材料研究部門首席科學家、共同通訊作者Rana Mohtadi說。"我們通過將注意力轉向溶劑來解決這個問題，以減少其與鎂離子的結合，並改善體積運輸動力學。即使在超高循環速率下，從改性電解質中鍍出的鎂仍然保持平穩。我們相信，這揭開了鎂電池電化學的一個新面紗。"
這項工作在一定程度上是2018年在Joule上描述的早期努力的延續。
"新的電池比以前的鎂電池所達到的功率密度高出近兩個數量級，"Dong說。"該電池能夠繼續工作超過200次循環，容量保持率約為82%，顯示出很高的穩定性。我們可以通過定製膜的特性，增強中間捕集能力，進一步提高循環穩定性。"
Tutusa表示，這項工作表明了下一步向高性能鎂電池發展的方向。
論文標題為《High-power Mg batteries enabled by heterogeneous enolization redox chemistry and weakly coordinating electrolytes》。