虽然我们隔三差五就能听到有关 '电池技术突破' 的新闻, 但锂离子电池依然是当前使用最广, 综合表现最佳的选择. 不过最近, 麻省理工博客里实验室和阿贡国家实验室的一支研究团队, 已经开发出了一种新型固态材料. 它似乎是镁离子的一种绝佳导体, 有望用于打造更安全和高效的电池. 锂电池被用于从手机到电动汽车等各个领域, 虽然这种金属材料服务得很好, 但在效率和价格上仍有很大的改进空间.
通过在核磁共振实验室进行的实验, 研究人员们证明了新材料是镁离子的一种高效导体 (via: 阿贡国家实验室)
作为对比, 镁元素的能量密度更高, 在自然界中的储量也更多, 因而很有希望拿来打造更加便宜和更容易生产的电池. 然而要在电池中使用镁这种金属的话, 还得迈过电解质这个绊脚石.
其负责在电池的阴极和阳极之间传递电荷, 虽然近期丰田和 KIT 都专注于研发更好的液体电解质, 但它们都有腐蚀电池的其它部位的倾向. 于是我们转念一想, 为什么不尝试其它类型的电解质呢?
论文合著者 Gerbrand Ceder 表示: 镁基电池是一项全新的技术, 它没有任何好用的液体电解质. 所以我们想到, 为什么不换用一种固态的电解质呢?
好消息是, 他们真的研制出了一种名叫 '硒化钪镁尖晶石' (magnesium scandium selenide spinel) 的新材料. 这种固态电解质允许镁离子轻松穿透, 且其导电性甚至媲美某些锂电池中所使用的固态电解质.
最初的理论研究已经预测了不错的结果, 为了验证, 研究团队对其进行了核磁共振 (NMR) 光谱实验. 该仪器能够检测镁 (或锂) 离子是否穿透物质, 然而由于新材料有些复杂且缺少参考, 导致他们难以解释数据结果.
研究一作 Pieremanuele Canepa 表示: 除了传统的电化学表征之外, 这些发现只有结合多种技术方法才能说得通 (阿贡实验室的固态核磁共振和同步测量) .
即便如此, 在将这种镁基新材料用于打造真实的电池之前, 还有一些问题需要解决. 比如当前仍有少量的电子泄露, 需要改进电子迁移率. 不过固态电池在商用之后, 其安全性还是较传统液体电解质电池高出不少.
有关这项研究的详情, 已经发表在近日出版的《自然通讯》 (Nature Communications) 期刊上.
