新晶體材料或提升電池續(xù)航能力

無序晶體結(jié)構(gòu)或成為電池續(xù)航能力提升的關(guān)鍵。

日前，英國倫敦大學(xué)學(xué)院和美國芝加哥大學(xué)的研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，鎂鉻氧化物微粒或許是研發(fā)一種新型鎂電池的關(guān)鍵，這種電池將比傳統(tǒng)的鋰離子電池?fù)碛懈鼜?qiáng)的蓄電能力。此項(xiàng)研究發(fā)表在英國皇家化學(xué)學(xué)會(huì)雜志《納米尺度》上。

據(jù)了解，這項(xiàng)研究公布了制造這種新材料的全新方法，該材料能夠可逆地存儲(chǔ)高度活躍的鎂離子。該研究團(tuán)隊(duì)宣稱，這意味著他們向鎂電池又邁出了重要一步。迄今為止，只有極少數(shù)無機(jī)材料表現(xiàn)出了可逆的鎂離子吸收和排除能力，這對于鎂電池來說是至關(guān)重要的。

研究的共同負(fù)責(zé)人，倫敦大學(xué)學(xué)院的IanJohnson博士稱：“鋰離子技術(shù)已經(jīng)接近它的能力極限，因此對于我們來說，找到其他化學(xué)物打造出容量更大而且設(shè)計(jì)更簡單的電池是非常重要的。鎂電池技術(shù)一直被認(rèn)為有可能成為延長手機(jī)和電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力的解決方案，但是陰極材料的選取一直都是一種挑戰(zhàn)。”

鋰離子電池的限制因素之一就是它的陽極。出于安全考慮，鋰離子電池中必須使用低容量的碳棒，因?yàn)榧冧嚥牧系年枠O能夠引發(fā)危險(xiǎn)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(huì)讓電池體積更小但儲(chǔ)存能力更強(qiáng)。

之前的研究使用計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行了預(yù)測，鎂鉻氧化物（MgCr2O4）是鎂電池陰極的理想候選材料。受其啟發(fā)，倫敦大學(xué)學(xué)院的研究人員通過一個(gè)快速的低溫反應(yīng)獲得了一種5納米寬的無序鎂鉻氧化物。伊利諾伊大學(xué)的研究人員將這種材料與正常7納米寬的有序鎂鉻氧化物進(jìn)行了鎂活性的比較。

他們借助一系列不同的技術(shù)檢測兩種材料在活性測試中的結(jié)構(gòu)和化學(xué)變化。這兩種晶體材料的表現(xiàn)完全不同。倫敦大學(xué)學(xué)院教授JawwadDarr解釋稱：“這表明未來的電池或許將依賴于無序的非傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。這一研究的重要性在于，它能幫助我們了解其他存在結(jié)構(gòu)缺陷的材料是否有可能應(yīng)用于可逆的電池存儲(chǔ)技術(shù)。”

未來，該研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將他們的研究推廣到其他無序的結(jié)構(gòu)材料上，以此確定未來能夠?qū)崿F(xiàn)存儲(chǔ)容量的提升并且研發(fā)出一種實(shí)用的鎂電池。（邱成剛）

相關(guān)論文信息：DOI:10.1039/C8NR08347A