高溫電池是特種電池的重要分支。鎂金屬具備優異的化學穩定性、高熔點和不易生長枝晶等優勢,因而鎂金屬電池被認為是開發耐高溫特種電源的理想選擇。由于高溫條件下電解質的穩定性和界面反應面臨較多挑戰,因此設計耐高溫電解質并在鎂負極表面原位構筑導鎂固體電解質界面,是推動高溫鎂金屬電池實用化的關鍵。
中國科學院青島生物能源與過程研究所科研人員等在高溫鎂金屬電池聚合物電解質研究方面取得進展。該研究在新型鎂電池聚合物電解質開發及鎂金屬負極界面構筑等成果的基礎上,選用具有高熱穩定性和優異鎂負極兼容性的聚環氧氯丙烷進行改性,并引入雙官能團小分子季銨化交聯劑策略,實現了聚環氧氯丙烷的原位交聯,并在其中引入季銨根官能團。
研究發現,原位生成的季銨根官能團具有較低的最低未占分子軌道能級,可優先在鎂金屬負極表面發生分解,進而形成富含Mg3N2的有機-無機復合固體電解質界面層。基于該電解質體系組裝的Mo6S8//Mg電池在150°C高溫下表現出優異的循環穩定性,穩定循環超過200圈,容量保持率超過80%。同時,該電池在濫用狀況下展現出優異的安全性。
上述研究為高溫鎂金屬電池的電解質分子設計及界面優化提出了新的研究思路,有望推動高溫鎂金屬電池的技術發展。相關成果發表在《先進材料》(Advanced Materials)上。該工作由青島能源所和青島大學合作完成。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、青島市自然科學基金等的支持。
同時,青島能源所和青島科技大學等的科研人員,結合近年來鎂電池電解質的研究成果,梳理了胺類和磷酸酯類功能添加劑在鎂離子溶劑化結構調控、界面演化及鎂金屬沉積/溶解動力學等方面的功能機制。這為探討分子間電離/締合過程和獨特界面形成機制提供了新見解,并為高性能鎂電池開發提出了發展方向。相關成果也發表在《先進材料》上。
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