基于镁而非锂离子的下一代电池有望更高效、更安全、更便宜。一个电极是金属镁。在放电过程中，镁从一个电极向正极移动。但是当镁进入正极的时候会去哪里呢？
利用先进的电子显微镜，即使是在低浓度情况下，科学家也可以观察到镁原子。他们发现，镁原子被插入到正极材料预测的结构中（发表在材料化学）。
先进的电子显微镜使科学家能够直接观看到镁进入一个先进的电池电极。在放电过程中，镁原子从一个电极（镁金属）移动到正极（图像中的氧化钒），称为阴极。高分辨率图像显示了放电后正极的原子排列。图像显示了钒（黑色）和氧（灰色）原子的排列。箭头表示镁在原子结构中迁移的几个位置。
与单独充电的锂离子相比，镁离子是双重带电的。因此，镁基电池可以储存更多的能量。这就要求开发一种正极材料，可以在放电过程中适应镁的迁移，这是一个挑战。这项研究详细介绍了镁原子储存方式以及储存在阴极的位置。这些介绍可能会改进正极材料设计方法，使之成为能够使用镁基电池的优质材料。
以镁金属为负极（阳极）的电池比锂离子电池的能量密度要高得多，同时，它可能更安全、更划算。这些电池的开发遇到的障碍是缺乏有效的正极（阴极）材料。
为了成为这种电池结构中有效的正极，材料需要满足在电池放电时，正极能够容纳镁离子进入（嵌入），然后在充电过程中释放离子的条件。
先前的实验研究表明，在间接电化学数据的基础上，可以将可逆的镁离子注入到一些正极材料中。然而，今天的透射电子显微镜技术提供了独特的方法，可以直接成像镁的嵌入过程，并量化正极材料内的反应。
在这项研究中，科学家们深入研究了一种由氧化钒组成的正极。他们结合像差校正扫描透射电子显微图像、电子能量损失光谱和能量分散x射线光谱分析这几项技术进行分析。
他们比较了两种钒氧化物样品的结果：（1）一种电化学循环的钒氧化物正极，外加镁金属负极;（2）一种化学合成的含有镁元素的钒氧化物材料。
结果表明，电化学循环的钒氧化物正极确实含有镁，这表明在这种材料中发生了真正的嵌入作用。这一过程也致使理论上的钒-镁氧化镁的预测阶段的形成。这种样品与化学合成的样品不同，结构中的镁含量低于预期。
这项研究进一步加深了我们对镁原子如何储存的基本理解。这些见解可能会帮助设计出更好的正极材料。
原文来自：nanowerk
化学慧纳米材料系列产品
