东京理科大学开发镁充电电池正极材料 或可替代锂

锂离子电池具有卓越的性能，广泛应用于便携式电子产品和蜂窝基站等领域。然而，这种电池也具有难以忽视的缺陷。首先，锂的储量少且价格昂贵；此外，锂离子电池的能量密度不足；再加上电池被刺穿或在高温下存在安全风险。因此，研究人员致力于寻找替代技术。

图片来源：东京理科大学

在被测试为可充电电池的有效能量载体的多种元素中，镁被视为富有前景的候选元素。除了安全和储量丰富，镁还具有实现更高的电池容量的潜力。然而，这首先需要解决一些问题，包括镁离子提供的电压窗口低，以及在镁电池材料中观察到的不可靠循环性能。据外媒报道，为了解决这些问题，日本东京理科大学（Tokyo University of Science）的Yasushi Idemoto教授负责的研究团队一直在寻找新的镁电池正极材料。值得一提的是，研究人员一直在寻找方法，以改善基于MgV系统的正极材料的性能。研究人员重点关注Mg1.33V1.67O4系统，用锰代替一定数量的钒，从而得到Mg1.33V1.67−xMnxO4材料（其中x为0.1-0.4）。该系统具有很高的理论容量，为了解其实际应用，需要对其结构、循环性能和正极性能进行更详细的分析。因此，研究人员使用多种标准技术，对合成的正极材料进行表征。首先，利用X射线衍射、吸收光谱和透射电子显微镜，研究Mg1.33V1.67−xMnxO4 化合物的组成、晶体结构、电子分布和颗粒形貌。分析表明，Mg1.33V1.67−xMnxO4为尖晶石结构，具有均匀的组成。接下来，研究人员进行了一系列电化学测试，以评估Mg1.33V1.67−xMnxO4的电池性能，包括使用不同的电解液，并测试在不同温度下产生的充放电性能。该团队观察到，这些正极材料的放电容量很高，尤其是Mg1.33V1.57Mn0.1O4。但是，因循环次数的不同，也有很大的差异。为了解其中原因，研究人员分析了材料中钒原子附近的局部结构。Idemoto教授表示：“观察显示，特别稳定的晶体结构和大量的钒电荷补偿，使Mg1.33V1.57Mn0.1O4具有卓越的充放电性能。总的来说，研究结果表明，Mg1.33V1.57Mn0.1O4可能是一种很好的镁可充电电池的正极材料选项。”

Idemoto教授总结道：“通过进一步研发，未来镁电池可能具有更高的能量密度，从而超过锂离子电池。