美國休斯頓大學：新型鎂電池可使儲能技術更廉價安全

【成果簡介】

近日，四級颶風“哈維”橫掃美國得州南部沿岸，導致30萬戶停電。不過，美國休斯頓大學電子工程系和得州超導中心教授姚彥新研發出的鎂電池，倒是為人們應對災害斷電問題帶來希望。該團隊的新型鎂電池，使廉價安全的儲能技術成為可能，相關成果以“Fast kinetics of magnesium monochloride cations in interlayer-expanded titanium disulfide for magnesium rechargeable batteries”為題發表在Nat. Commun.上。

【圖文導讀】

圖1 Mg^{2 +}和MgCl ⁺插層和擴散的能量圖

a. Mg^{2 +}插層和擴散的能量圖;

b. MgCl ⁺插層和擴散的能量圖。

圖2 TiS₂在不同插層階段的結構演化示意圖

【研究內容】

姚彥就其最新發表在《自然·通訊》雜志上的成果接受科技日報采訪時說：“新型儲能技術可作為對抗颶風時的備用能源，也可以使得電網更加穩定。”當前儲能技術包括超級電容、鉛酸電池、鋰電池等，不同技術的供電功率和時長也不相同。選取何種儲能技術需要綜合考慮地理位置、成本、安全性、循環壽命、能量密度等指標。

鎂電池以鎂金屬為負極，相對于鋰離子電池而言，具有三個突出優勢：鎂在地殼中含量豐富，約為13.9%；鎂負極的體積比容量是鋰金屬的兩倍; 在充放電過程中，鎂金屬負極不產生枝晶，因此安全性高。不過，鎂離子的固相擴散十分緩慢，難以找到適合鎂離子儲存的正極嵌入材料。“尋找高比容量與工作電壓的正極材料成為發展鎂電池的關鍵。”姚彥說。

針對這一問題，他們開發出新一代的正極鎂電池材料，使得該電池可獲得高達400毫安時/克的質量比容量，同早期鎂電池正極相比，效能提高了四倍。目前該鎂電池電壓大約1伏左右，正在研發的下一代電池電壓可以提到接近3伏。

雖然目前該研究尚處于早期階段，產業化還沒有具體時間表，但它提出了一個新的研究思路，對廉價安全的多價離子電池具有指導價值。姚彥希望，鎂電池技術可以為今后災難天氣下儲能技術提供解決方案。

原文鏈接：http://paper.sciencenet.cn//htmlpaper/20179517143571044762.shtm。

文獻鏈接：Fast kinetics of magnesium monochloride cations in interlayer-expanded titanium disulfide for magnesium rechargeable batteries（Nat. Commun.，2017，DOI：10.1038/s41467-017-00431-9）

本文由材料人編輯部王冰編輯，點我加入材料人編輯部。

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