美国休斯顿大学：新型镁电池可使储能技术更廉价安全

【成果简介】

近日，四级飓风“哈维”横扫美国得州南部沿岸，导致30万户停电。不过，美国休斯顿大学电子工程系和得州超导中心教授姚彦新研发出的镁电池，倒是为人们应对灾害断电问题带来希望。该团队的新型镁电池，使廉价安全的储能技术成为可能，相关成果以“Fast kinetics of magnesium monochloride cations in interlayer-expanded titanium disulfide for magnesium rechargeable batteries”为题发表在Nat. Commun.上。

【图文导读】

图1 Mg^{2 +}和MgCl ⁺插层和扩散的能量图

a. Mg^{2 +}插层和扩散的能量图;

b. MgCl ⁺插层和扩散的能量图。

图2 TiS₂在不同插层阶段的结构演化示意图

【研究内容】

姚彦就其最新发表在《自然·通讯》杂志上的成果接受科技日报采访时说：“新型储能技术可作为对抗飓风时的备用能源，也可以使得电网更加稳定。”当前储能技术包括超级电容、铅酸电池、锂电池等，不同技术的供电功率和时长也不相同。选取何种储能技术需要综合考虑地理位置、成本、安全性、循环寿命、能量密度等指标。

镁电池以镁金属为负极，相对于锂离子电池而言，具有三个突出优势：镁在地壳中含量丰富，约为13.9%；镁负极的体积比容量是锂金属的两倍; 在充放电过程中，镁金属负极不产生枝晶，因此安全性高。不过，镁离子的固相扩散十分缓慢，难以找到适合镁离子储存的正极嵌入材料。“寻找高比容量与工作电压的正极材料成为发展镁电池的关键。”姚彦说。

针对这一问题，他们开发出新一代的正极镁电池材料，使得该电池可获得高达400毫安时/克的质量比容量，同早期镁电池正极相比，效能提高了四倍。目前该镁电池电压大约1伏左右，正在研发的下一代电池电压可以提到接近3伏。

虽然目前该研究尚处于早期阶段，产业化还没有具体时间表，但它提出了一个新的研究思路，对廉价安全的多价离子电池具有指导价值。姚彦希望，镁电池技术可以为今后灾难天气下储能技术提供解决方案。

原文链接：http://paper.sciencenet.cn//htmlpaper/20179517143571044762.shtm。

文献链接：Fast kinetics of magnesium monochloride cations in interlayer-expanded titanium disulfide for magnesium rechargeable batteries（Nat. Commun.，2017，DOI：10.1038/s41467-017-00431-9）

本文由材料人编辑部王冰编辑，点我加入材料人编辑部。

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