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材料學院李桂村教授團隊在鎂電池儲能領域取得新進展
作者:材料學院  來源:材料學院  編輯:臧傳永   點擊:[] 日期:2020年06月09日

可充電鎂電池技術表現出低成本,高安全性和相對較高的能量密度等特點,然而,在實際應用條件下(高面容量和快充放電速率等),提升金屬鎂的沉積/溶解性能以及解析金屬鎂-電解質界面化學組分和結構是當前可充鎂電池發展所面臨的重要課題。此外,當前常用的四類鎂電池電解質其沉積/溶解鎂能力在不同文獻報道中差別較大。針對上述兩方面問題,我校材料科學與工程學院李桂村教授,張忠華副教授,聯合中科院青能所崔光磊研究員在鎂電池電解液及鎂沉積界面形態方面進行了深入研究,並取得階段性進展。以青島科技大學為第一通訊單位,研究內容以”Insights into interfacial speciation and deposition morphology evolution at Mg-electrolyte interfaces under practical conditions”為題,在中國科技期刊卓越行動計劃重點期刊《Journal of Energy Chemistry》(48,2020, 299–307, IF=5.162)上發表文章,第一作者為材料學院研究生宋子豪。

金屬鎂在銅箔上的非均勻沉積過程示意圖

研究結果表明,鎂電池電解液的溶液化學性質以及金屬鎂-電解質界面對金屬鎂負極的可逆性以及金屬鎂沉積物形貌起着至關重要的作用。 在高面容量(5-10 mAh cm-2)條件下,當前常用的四類鎂電解質所組裝的Mg//Cu非對稱電池會發生嚴重的內部短路,但是發生短路的時間各不相同。進一步的光學和電子顯微鏡分析表明,在金屬鎂剝離過程中,負極表面會形成的多孔陣列狀和半球形的腐蝕坑,隨後的金屬鎂沉積過程,鎂離子優先被還原並沉積形成鬆散的相互連接的大塊聚集體,而不是均勻且密實的膜狀沉積物(圖1)。所形成的相互連接的顆粒狀金屬鎂沉積物易於滲透並進入多孔隔膜,進而導致電池失效。另外,通過X射線光電子能譜刻蝕技術可以發現,從沉積物的表面到內部都顯示出金屬鋁的共沉積現象,而鎂沉積物的近表面中還存在含氯的化合物,相關物種分析及其形成機制仍需要進一步研究。

本課題得到國家自然科學基金,山東省自然科學基金,山東省重點研發項目,青島市科技發展計劃等項目的資助。

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