隨著科技的進步, 人們對電池的能量密度和安全性能提出了更高要求. 由於鎂金屬具有體積比容量高, 負極不生長枝晶, 地球儲量豐富和成本較低等優點, 在低成本高性能電池領域擁有巨大的商業化潛力. 然而, 鎂二次電池的發展一直受限於電解液和正極材料的缺乏. 廉價易得的硫作為一種被廣泛研究的轉換型電池正極材料, 為鎂二次電池正極材料的開髮帶來希望. 利用鎂金屬作為負極, 硫作為正極的鎂/硫電池體系理論能量密度高達1722Wh/kg, 是目前商業化鈷酸鋰/石墨電池體系的四倍, 是極具開發潛力的高比能量低成本的儲能電池體系.
近日, 依託中國科學院青島生物能源與過程研究所建設的青島儲能產業技術研究院 (簡稱 '青島儲能院' ) , 在前期關於鎂二次電池工作的基礎上, 通過一步原位合成的方式, 得到了一款新型有機硼酸鎂基電解液, 有效地提升了鎂/硫電池的迴圈性能和倍率性能, 有望將低成本高能量密度的鎂/硫電池體系推向實用化, 相關研究結果發表在Energy& Environment Science雜誌上.
該研究利用硼酸三 (六氟異丙基) 酯 (THFPB) , 氯化鎂 (MgCl2) 和鎂粉作為原料, 在乙二醇二甲醚 (DME) 溶劑中, 通過一步原位反應得到以[B(HFP)4]-為陰離子, [Mg4Cl6(DME)6]2+為陽離子的有機硼酸鎂基電解液. 該電解液體系表現出優異的鎂離子傳導性能: 電化學窗口高達3.3V (vs. Mg) , 離子電導率高達5.58mS/cm, 電沉積過電位僅0.11V, 沉積溶解鎂的庫倫效率超過98%. 此外, 該電解液具有優異的非親核特性, 能很好地相容硫正極. 利用該電解液組裝的鎂/硫電池, 在經曆100次充放電迴圈後仍有1000mAh/g的放電比容量, 在500mA/g的大電流充放電條件下, 仍能夠正常工作, 這是目前報道的鎂硫電池研究中最優異的性能數據.
簡單的合成方法和優異的鎂硫電池性能, 是該有機硼酸鎂基電解液的最大優勢, 這一研究成果將有望加快鎂/硫電池體系的實用化進程. 研究工作得到了國家傑出青年基金, 青島市儲能基金和青島能源所 '135' 項目的支援.
