研究人员发现新型正极材料 有望让镁电池替代锂离子电池

据外媒报道，现代生活越来越依赖电力，对电力的持续需求也导致对更环保、更便携的能源的需求更高。尽管风能和太阳能电池板是非常有前途的替代能源，但由于外部因素的影响，它们的生产非常不可靠。因此，从能源配置和经济性的角度来看，高能二次电池是未来的发展方向。东京科学大学的Idemoto教授带领一组研究人员通过合成一种新的电极材料，成功逆转了离子的化学反应，解决了能源浪费问题，为生产下一代可充电镁电池奠定了重要基础。研究人员对这一发现非常乐观，他们表示：“我们已经合成了一种具有巨大潜力的岩盐，作为下一代二次电池的正极材料。”电池是最受欢迎的便携式能源，由三种基本成分组成，即阳极、阴极和电解质，它们之间会发生化学反应。阳极产生额外的电子，这些电子被阴极吸收，从而导致氧化还原反应。由于电解质抑制了阳极和阴极之间的电子流动，电子将优先在外部电路中流动，从而产生电流或“电流”。当阴极/阳极中的材料不再吸收/释放电子时，电池就会“死亡”。然而，一些材料利用沿相反方向运行的外部电来逆转这种化学反应，并使材料恢复到其原始状态。这些类型的可充电电池是智能手机、平板电脑和电动汽车等设备中的电池。东京科学大学的Idemoto教授及其同事合成了取代钴的MgNiO2材料，钴有可能成为新的阴极材料。Idemoto教授表示，“我们正专注于在可充电镁电池中使用多价镁离子作为移动离子，有可能实现下一代高能量密度可充电电池。”最近，由于镁电池的低性和易逆转反应，人们对使用镁作为高能量密度可再充电电池的阳极材料非常感兴趣。然而，由于缺乏合适的互补阴极和电解质，这很难实现。在标准实验室技术的基础上，研究人员通过“反向共沉淀法”合成了这种新型盐，这种新型岩盐可以从水溶液中提取。为了研究提取的盐的结构和晶格成像，研究人员使用了中子和同步X射线光谱。换句话说，他们研究了粉末样品在中子或X射线照射下的衍射图案。同时，对岩盐的类型进行了理论计算和模拟。这种岩盐具有阴极材料所需的“充放电行为”，这使它们能够根据产生的100个对称候选结构中最稳定的能量结构来确定岩盐结构中镁、镍和钴阳离子的排列。除了结构分析，研究人员还对三极管电池和已知参比电极在各种条件下进行了充放电测试，以了解岩盐作为镁充电电池正极材料的电化学性能。研究发现，可以根据镁的组成和镍/钴的比例来控制电池的特性。进行的结构和电化学分析使研究人员能够证明岩盐可以用作正极材料，并且在不同的环境中具有可靠性。目前，二次电池行业主要集中在锂离子电池上，锂离子电池用于汽车和便携式设备的储能。然而，这种电池的能量密度和储能容量是有限的。然而，Idemoto教授表示，新型二次镁电池作为一种高能量密度二次电池，有能力取代锂离子电池。

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