氧化镁颗粒可能是新型镁电池储能技术的关键

    伦敦大学学院(UCL)和伊利诺伊大学(University of Illinois)芝加哥分校的研究人员发现，微小、无序的氧化镁颗粒可能是新型镁电池储能技术的关键，与传统锂离子电池相比，这种电池的储能能力可能有所提高。

    这项研究发表在今天的《纳米尺度》(Nanoscale)杂志上，报告了一种新的、可伸缩的方法，用于制造一种可以在高压下可逆存储镁离子的材料，而这正是正极的特征。

    虽然还处于早期阶段，但研究人员表示，这是迈向镁基电池的重大进展。到目前为止，很少有无机材料显示出可逆的镁的去除和插入，这是镁电池工作的关键。

    “锂离子技术已经达到了它的极限，所以寻找其他化学物质来制造容量更大、设计更薄的电池是很重要的，”联合首席作者伊恩·约翰逊博士(伦敦大学学院化学)说。

    “镁电池技术一直被认为是一种可能的解决方案，可以提供更持久的手机和电动汽车电池，但获得一种实用的材料作为正极一直是个挑战。”

    限制锂离子电池的一个因素是阳极。出于安全考虑，锂离子电池必须使用低容量碳阳极，因为使用纯锂金属阳极会导致危险的短路和火灾。

    相比之下，镁金属阳极要安全得多，因此，将镁金属与功能良好的正极材料结合使用，可以使电池更小，储存更多的能量。

    先前使用计算模型的研究预测氧化镁铬(MgCr2O4)可能是镁电池正极的一个有前途的候选者。

    受到这项工作的启发，伦敦大学学院的研究人员在一个非常快速和相对低温的反应中生产了一种~ 5nm，无序的氧化镁铬材料。

    伊利诺伊大学芝加哥分校的研究人员随后将其镁活性与一种宽约7纳米的常规有序氧化镁铬材料进行了比较。

    他们使用了一系列不同的技术，包括x射线衍射、x射线吸收光谱和尖端电化学方法，来观察这两种材料在测试细胞中镁活性时的结构和化学变化。

    这两种晶体的行为非常不同，无序的颗粒显示出可逆的镁萃取和插入，而在较大的有序晶体中没有这种活性。

    “这表明电池的未来可能在于无序和非常规的结构，这是一个令人兴奋的前景，我们以前从未探索过，因为无序通常会引发电池材料的问题。”它强调了研究其他结构缺陷材料是否可能为可逆电池化学提供更多机会的重要性。

    “我们发现，与有序晶体相比，晶体表面积的增加以及晶体结构的无序为重要化学反应的发生提供了新的途径。”

    传统上，人们希望秩序能提供清晰的扩散途径，让细胞易于充电和放电——但我们所看到的情况表明，无序的结构引入了新的、可接近的扩散途径，需要进一步研究，”芝加哥伊利诺伊大学(University of Illinois at Chicago)教授乔迪?卡巴纳(Jordi Cabana)表示。

    这些结果是英国和美国研究人员之间令人兴奋的新合作的产物。伦敦大学学院和芝加哥伊利诺伊大学打算将他们的研究扩展到其他无序的、高表面积的材料上，以进一步提高镁的储存能力，并开发出一种实用的镁电池。

    该项目的资金由美国能源部创新中心能源存储研究联合中心和工程和物理科学研究理事会的榨汁能源中心提供。