盖世汽车讯 电动汽车和电网储能系统严重依赖锂和其他昂贵金属。据外媒报道，日本筑波大学（University of Tsukuba）的研究团队开发出采用石墨烯基阴极的全固态镁空气可充电电池，能够抵抗长期以来限制该技术发展的化学降解问题，有望成为更经济、更安全的替代方案。

据悉，该研究团队是利用氮掺杂多孔石墨烯取代了铂基阴极，并使用添加了氯化镁的固体聚合物电解质。

图片来源：筑波大学

镁空气电池利用空气中的氧气作为阴极活性物质。理论上，镁空气电池的能量密度可以与锂空气电池系统相媲美。然而，在实际应用中，电解质中的氯离子会引发内部氯化反应，损坏组件，并在反复充放电循环中降低性能。

研究人员着重解决阴极的稳定性问题。他们通过引入氮掺杂多孔石墨烯，构建了一种既能抵抗氯离子侵蚀又能保持高催化活性的结构。

研究团队将石墨烯阴极与市售镁金属阳极以及氯化镁基聚合物凝胶固体电解质相结合。从液态电解质到固态电解质的转变显著提高了电池的安全性和机械完整性。

研究人员表示，石墨烯的多孔结构发挥了关键作用。它为放电产物提供了容纳空间，并实现了高效的物质传输，这两点对于空气电池的稳定循环至关重要。

性能测试表明，该新型电池系统的性能优于使用铂阴极的同类电池。这一性能提升归因于石墨烯对氯化物诱导降解的抵抗力以及其在氧反应中强大的催化性能。

固态结构还消除了液态电解质相关的泄漏风险。这为设计更稳健、更适用于实际应用的电池铺平了道路。

在机械测试中，即使弯曲至120度，该电池仍能保持其初始性能。而且形变过程中未观察到电解质泄漏，这凸显了凝胶基固体电解质相对于液体电解质的优势。该电池在弯曲应力下仍能正常工作，这意味着除了电动汽车和固定式储能设备外，它还可能应用于柔性电子产品和可穿戴设备领域。

此外，镁比锂或铂更丰富、更便宜，因此使用镁有助于降低供应链风险。

镁空气电池系统长期以来被认为具有发展前景，但由于耐久性方面的挑战，难以实现商业化。

研究人员通过解决氯化物驱动的阴极降解问题并稳定电解质，展示了一条实现高容量可充电镁空气电池的实用途径。如果该方法能够成功推广应用，将有望实现成本更低的电气化技术，同时与传统的锂电池系统相比，该方法还能提高安全性。

该研究发表于期刊《Advanced Functional Materials》。