雖然我們隔三差五就能聽到有關 '電池技術突破' 的新聞, 但鋰離子電池依然是當前使用最廣, 綜合表現最佳的選擇. 不過最近, 麻省理工博客裡實驗室和阿貢國家實驗室的一支研究團隊, 已經開發出了一種新型固態材料. 它似乎是鎂離子的一種絕佳導體, 有望用於打造更安全和高效的電池. 鋰電池被用於從手機到電動汽車等各個領域, 雖然這種金屬材料服務得很好, 但在效率和價格上仍有很大的改進空間.
通過在核磁共振實驗室進行的實驗, 研究人員們證明了新材料是鎂離子的一種高效導體 (via: 阿貢國家實驗室)
作為對比, 鎂元素的能量密度更高, 在自然界中的儲量也更多, 因而很有希望拿來打造更加便宜和更容易生產的電池. 然而要在電池中使用鎂這種金屬的話, 還得邁過電解質這個絆腳石.
其負責在電池的陰極和陽極之間傳遞電荷, 雖然近期豐田和 KIT 都專註於研發更好的液體電解質, 但它們都有腐蝕電池的其它部位的傾向. 於是我們轉念一想, 為什麼不嘗試其它類型的電解質呢?
論文合著者 Gerbrand Ceder 表示: 鎂基電池是一項全新的技術, 它沒有任何好用的液體電解質. 所以我們想到, 為什麼不換用一種固態的電解質呢?
好消息是, 他們真的研製出了一種名叫 '硒化鈧鎂尖晶石' (magnesium scandium selenide spinel) 的新材料. 這種固態電解質允許鎂離子輕鬆穿透, 且其導電性甚至媲美某些鋰電池中所使用的固態電解質.
最初的理論研究已經預測了不錯的結果, 為了驗證, 研究團隊對其進行了核磁共振 (NMR) 光譜實驗. 該儀器能夠檢測鎂 (或鋰) 離子是否穿透物質, 然而由於新材料有些複雜且缺少參考, 導致他們難以解釋數據結果.
研究一作 Pieremanuele Canepa 表示: 除了傳統的電化學表徵之外, 這些發現只有結合多種技術方法才能說得通 (阿貢實驗室的固態核磁共振和同步測量) .
即便如此, 在將這種鎂基新材料用於打造真實的電池之前, 還有一些問題需要解決. 比如當前仍有少量的電子泄露, 需要改進電子遷移率. 不過固態電池在商用之後, 其安全性還是較傳統液體電解質電池高出不少.
有關這項研究的詳情, 已經發表在近日出版的《自然通訊》 (Nature Communications) 期刊上.
