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鎂離子電池是如何做到安全性和成本都降低的

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研究員們發現在氧化錳電池電極(mn2o4)中,mg2+可以輕鬆,可逆地嵌入limn2o4,相對於傳統的鋰離子電池相比,不僅提高了能量密度,而且安全性和成本都降低了,鎂離子電池是如何做到的。
科普:鎂離子電池為什麼比鋰電池牛?
科學前沿。
在鋰離子電池中,一個單電荷的鋰離子在兩個電極之間流動,電子是在外部電路中的流動。如果太多的鋰離子嵌入兩個原子層中間,那麼電極的原子結構可能發生變化,這關乎著電池的充電能力。
在氧化錳電池電極(mn2o4)中,帶兩個正電荷的鎂離子(mg2+)可以在每個插層中提供兩個電子,是相同密度的不可逆變形無電極材料中電流的兩倍。本研究表明,mg2+可以輕鬆可逆地嵌入limn2o4的。
影響。
在以後,採用mg2+嵌入插層優勢的負極電池系統,其能量密度是市場上鋰電池密度的兩倍,甚至是多倍。
結論。
由正極和負極兩種電極構成的電池,通常用絕緣體將兩電極隔開。電池在使用時,電流在電池外部的電路中流動,電池內部的帶電原子在兩電極間流動。從電解液中插入太多的離子進入電極會導致電極的原子結構,從而限制了電池的充電能力。採用mg2+離子代替單電荷鋰離子的電池,其能量密度和插層離子電位都會提高。目前,鎂電池的主要難題就是找到能夠存儲大量的mg2+離子的陰極材料。這項研究表明,具有尖晶石結構的mn2o4就是可以存儲大量的mg2+離子的陰極材料。聯合能源存儲研究中心的研究員們發現鎂可以輕鬆可逆地嵌入電極,科學家用四種技術來描述這種現象。這種插層可以在元素分析用的電子顯微鏡下可見。x射線衍射分析證實了插層後的電極原子結構發生了變形。核磁共振(nmr)和x射線吸收光譜(xas)進一步證實了鎂插層的存在。本研究證實了在電池的正極材料中嵌入mg2+的有效性。採用了mg2+嵌入插層的電池相對傳統的鋰離子電池,不僅提高了能量密度,而且提高了電池的安全性,降低了成本。
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