Применение крупномасштабных устройств хранения энергии, представленных интеллектуальными сетками, предъявляет более высокие требования к сроку службы, плотности мощности, стоимости и безопасности аккумуляторных батарей. Вторичная батарея на основе магния при комнатной температуре является типом металлического магния, используемого в качестве отрицательного электрода. Электрохимическая система хранения энергии имеет богатый запас коры отрицательного электрода, низкая стоимость (цена на металл из магния составляет менее 5% от стоимости лития лития), большая объемная емкость (3833 мАч / см3), отсутствие генерации дендрита при электрохимическом циклировании и т. Д. Преимущество состоит в том, что теоретический потенциал восстановления ионов магния только приблизительно на 0,6 В выше, чем у ионов лития. До тех пор, пока применяется подходящая конструкция из положительного электрода, батареи на основе магния могут поддерживать плотность энергии, эквивалентную плотности ионно-литиевых батарей. Кроме того, стабильные ионы магния могут быть обратимыми. Отложение / отпаривание помогает подавить объемное расширение на конце отрицательного электрода, уменьшает потребление электролита и значительно улучшает срок службы и плотность мощности батареи на основе магния. Поэтому батарея на основе магния может удовлетворять системе хранения энергии следующего поколения, не жертвуя плотностью энергии. Требования к индикатору.
Активация электролита с двойной солью магния, основанная на наноструктурной крупногабаритной органической магниевой аккумуляторной батарее
Однако недостатки медленной миграции ионов магния в решетке и низкая теоретическая емкость неорганических каркасов все еще ограничивают широкое использование магниевых батарей. Система лития с двойной солью лития магния внедряется в положительную решетку с помощью доминирующих ионов лития (вместо ионов магния) Активация динамики положительной полярности достигается без ущерба для стабильности процесса циклирования конца отрицательного электрода из магниевого металла, избегая недостатков плохих кинетических характеристик ионов магния и значительно расширяя диапазон выбора для катодных материалов из магниевой батареи. Недавно Академия наук Китая в Шанхае Команда во главе с Ли Чилином, исследователем Института Исследовательского института Портленда, предложила двойную соль с активированным электролитом многоэлектронно-реактивной магнийорганической клеткой с зеленой, возобновляемой солью розотоновой кислоты (такой как Na2C6O6). Связанные результаты были опубликованы в Американском химическом обществе. Публикация ACS Nano (DOI: 10.1021 / acsnano.7b09177).
Наноструктурированные органические системы с высокой плотностью карбонильных групп (C = O) в качестве окислительно-восстановительных центров могут достигать 350-400 мАч / г обратимой емкости (три переноса электронов), которые могут быть дополнительно уменьшены за счет уменьшения проводки оксида графена (RGO) Высокоскоростные электрохимические характеристики достигаются при плотностях тока 2,5 А / г (5 ° С) и 5 А / г (10 ° С) соответственно 200 и 175 мАч / г, а высокая скорость работы также выигрывает от В условиях высоких токов и длинных циклов отрицательный электрод магния по-прежнему не имеет образования дендритов. Эта отличная производительность отличается высоким коэффициентом диффузии лития в Na2C6O6 (10-12-10-11 см2 / с) и вкладом в емкость тантала более 60%. Сильный нелитиевый пиннинг (через Na-OC и Mg-OC) подавляет отслаивание слоя C6O6 в кристаллическом зерне и достигает по меньшей мере 600 циклов заряда и разряда. Энергия положительного активного материала этой органической магниевой батареи Плотность может превышать 500 Вт / кг, может выдерживать более 4000 Вт / кг плотности мощности, эта производительность превышает уровень высокопотенциального внедренного катодного материала на основе неорганической структуры.
Команда долгое время была посвящена изучению стратегий улучшения кинетики для аккумуляторов на основе магния. На ранней стадии была разработана активация интеркаляции анионов, и была разработана магниевая фторированная графеновая батарея, облученная в реакционном центре (Adv. Mater. 2015, 25, 6519-6526). Батарея с двойной солью на основе магния, основанная на реакции конверсии полисульфида большой емкости (AdvFunct Mater., 2015, 25, 7300-7308), предлагает широкомасштабный подход к использованию батареи Mg-S с длинным циклом (Adv Mater. 2018, 30, 1704166).
Научно-исследовательская работа получила финансирование и поддержку от Национальной ключевой программы исследований и разработок, Национального фонда естественных наук Китая, плана «Китайская академия наук» на 100 человек и проекта «Шанхай Цяньрен».