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材料学院李桂村教授团队在镁电池储能领域取得新进展
作者:材料学院  来源:材料学院  编辑:臧传永   点击:[] 日期:2020年06月09日

可充电镁电池技术表现出低成本,高安全性和相对较高的能量密度等特点,然而,在实际应用条件下(高面容量和快充放电速率等),提升金属镁的沉积/溶解性能以及解析金属镁-电解质界面化学组分和结构是当前可充镁电池发展所面临的重要课题。此外,当前常用的四类镁电池电解质其沉积/溶解镁能力在不同文献报道中差别较大。针对上述两方面问题,我校材料科学与工程学院李桂村教授,张忠华副教授,联合中科院青能所崔光磊研究员在镁电池电解液及镁沉积界面形态方面进行了深入研究,并取得阶段性进展。以青岛科技大学为第一通讯单位,研究内容以”Insights into interfacial speciation and deposition morphology evolution at Mg-electrolyte interfaces under practical conditions”为题,在中国科技期刊卓越行动计划重点期刊《Journal of Energy Chemistry》(48,2020, 299–307, IF=5.162)上发表文章,第一作者为材料学院研究生宋子豪。

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金属镁在铜箔上的非均匀沉积过程示意图

研究结果表明,镁电池电解液的溶液化学性质以及金属镁-电解质界面对金属镁负极的可逆性以及金属镁沉积物形貌起着至关重要的作用。 在高面容量(5-10 mAh cm-2)条件下,当前常用的四类镁电解质所组装的Mg//Cu非对称电池会发生严重的内部短路,但是发生短路的时间各不相同。进一步的光学和电子显微镜分析表明,在金属镁剥离过程中,负极表面会形成的多孔阵列状和半球形的腐蚀坑,随后的金属镁沉积过程,镁离子优先被还原并沉积形成松散的相互连接的大块聚集体,而不是均匀且密实的膜状沉积物(图1)。所形成的相互连接的颗粒状金属镁沉积物易于渗透并进入多孔隔膜,进而导致电池失效。另外,通过X射线光电子能谱刻蚀技术可以发现,从沉积物的表面到内部都显示出金属铝的共沉积现象,而镁沉积物的近表面中还存在含氯的化合物,相关物种分析及其形成机制仍需要进一步研究。

本课题得到国家自然科学基金,山东省自然科学基金,山东省重点研发项目,青岛市科技发展计划等项目的资助。

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