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提升镁离子电池能量密度,怀柔科学城诞生新发现!

来源:北京日报客户端2021-10-13 10:33

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  “双碳”背景下,新能源产业加速发展,同时催热了电池产业。除了当下广泛应用的锂离子电池,钠离子电池、镁离子电池、铝离子电池等都进入了开发研究的视野。近期,在怀柔科学城清洁能源材料测试诊断与研发平台上诞生新发现,中国科学院物理研究所的研究团队发现通过阴阳离子共变价方式能够有效提升镁离子电池或铝离子电池能量密度,这或将有力推动镁离子或铝离子电池的产业化进程。

  资料图 图为怀柔科学城 新华社记者 鞠焕宗摄

  今年以来,怀柔科学城多个大科学装置、科学设施平台开始进入试运行或科研状态,标志着怀柔科学城从建设阶段步入了建设与运行并重的新阶段。在这些抢先开跑的装置或平台上,科研人员争分夺秒展开科研攻关,已有一批科研新发现、新成果陆续涌现。

  清洁能源材料测试诊断与研发平台就是抢先试运行的科研平台之一。当下,无论是新能源汽车上搭载的动力电池,还是储存太阳能、风力发电等的储能电池,基本都采用的是锂离子电池。而由于锂在地球的储量并不十分丰富,未来随着新能源产业的发展,锂离子电池可能会出现供不应求情况。因此,清洁能源平台的研究人员正在积极地寻找锂离子电池的替代选项。

  中科院物理所研究员索鎏敏告诉记者,在众多替代项中,镁离子电池和铝离子电池由于元素储量丰富且具有较高理论能量密度被认为是后锂离子电池时代的理想选择。不过,相比锂离子电池,镁离子电池和铝离子电池由于是多价态离子反应,因此离子可逆存储难度更大,如何实现产业化存在更大挑战。

  镁离子电池和铝离子电池攻关的难点之一就是如何让电池正极材料实现高容量和高可逆性,从而最终实现低成本、无资源束缚的高能量密度下一代二次电池。对此,中科院物理所清洁能源实验室E01组研究团队通过调节阴阳离子的能带结构,设计出一系列晶态和非晶态的阴阳离子共变价的正极材料,以此有效提升了镁离子电池和铝离子电池的能量密度。

  索鎏敏介绍:“这是镁离子电池和铝离子电池首次在多价转移体系中引入阴阳离子共变价概念。通过实验,镁离子电池的正极材料实现了每千克240 Wh(瓦时)的高能量密度。”尽管从目前看,镁离子电池和铝离子电池距离真正实现产业化还有很长的路要走,但索鎏敏表示,这次的实验发现将为多价离子电池开发高性能正极材料提供一个崭新的方向。

  (原标题:提升镁离子电池能量密度 怀柔科学城诞生新发现)

  来源:北京日报客户端 | 记者 赵语涵

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