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日本研究人员开发出镁超离子导体 可用于无锂固态电池

盖世汽车 刘丽婷 2022-08-09 22:01:15

盖世汽车讯 由于储量丰富,镁成为具有成本效益的高容量固态电池的有前景的锂替代品,但室温下固体镁离子(Mg2+)的导电性较差阻碍了其实际应用。据外媒报道,东京理科大学(Tokyo University of Science,TUS)的研究人员开发一种具有10-3 S cm-1实际应用超导率的新型Mg2+导体,解决了上述问题。

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图片来源: 东京理科大学

Mg2+的固态电导率很差,因为二价正离子(2+)在固体晶体中会与其相邻的负离子发生强烈的相互作用,因此会阻碍在材料中的迁移。为了解决这个问题,研究人员开发了一类称为金属有机框架(MOF)的材料。

领导这项研究的TUS初级副教授Masaaki Sadakiyo表示:“MOF具有高度多孔的晶体结构,可为所含离子的有效迁移提供空间。我们还向MOF的孔隙中引入了‘客体分子’乙腈,成功显著加快Mg2+的电导率。”

该团队使用称为MIL-101的MOF作为主要框架,然后将Mg2+离子封装在其纳米孔中。在生成的电解液中,Mg2+离子堆积松散,很容易迁移。为了进一步提高离子电导率,研究小组将电解质暴露在乙腈蒸汽中,这些蒸汽被MOF作为客体分子吸附。

然后,该团队对准备好的样品进行交流(AC)阻抗测试,以测量离子电导率。他们发现Mg2+电解质表现出1.9 × 10-3 S cm-1的超离子电导率。研究人员认为,这是有史以来报告的含有Mg2+的结晶固体的最高电导率。

为了了解这种高电导率背后的机制,研究人员对电解质进行了红外光谱和吸附等温线测量。测试表明,吸附在框架中的乙腈分子允许Mg2+离子有效迁移通过固体电解质体。

相关研究已发表在化学领域顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》上,表明新型MOF基Mg2+导体非常适合电池应用。但这种材料也为固态电池的发展提供了重要方向,固态电池将继续吸引来自汽车和储能行业的投资。

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