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Batteries & Supercaps:一种在室温下具有高镁离子电导率的微孔凝胶聚合物电解质2024-08-10
随着电动汽车、电子便携式设备的大规模应用,对可持续新能源的需求迅速增加。镁金属在地壳中的含量较高,同时具有较高的理论体积容量,并且价格低廉,镁基可充电电池在储能领域具有广泛的应用前景。传统的有机液态电解液存在易在金属阳极表面形成钝化层,溶解度较低,缓慢的镁沉积动力学和有机液体易燃引起火灾等问题。因此,用固态电解质取代传统的有机液态电解液是发展可充电镁电池的有效途径。固态电解质分为无机固态电解质和聚合物固态电解质。无机固态电解质由于电极电解质界面接触不充分,导致界面接触电阻过大,电池容量、循环性能衰减很快。聚合物具备柔性,因此可以增大电极电解质的接触面积,降低界面电阻,有利于增大电池容量和循环稳定性。

然而,固态电解质的研发当前仍处于早期阶段。理想的固态电解质应具备室温下高的离子电导率、宽的电化学稳定窗口和可逆镁沉积溶解的性质。要满足这些性能需要对机理进行深入研究,以理论为支撑进行科学探索;同时寻找能够稳定沉积溶解的镁盐。

近日,新西兰奥克兰大学魏尚海博士课题组与四川大学严义刚教授共同研发了一种新型聚合物电解质材料。该材料在室温下具有和液态电解液相媲美的高离子电导率(~10-3 S/cm)和宽的电化学稳定窗口(~3 V),并且系统的讨论了镁离子在聚合物中的迁移机理,材料结构,并对凝胶聚合物材料进行了总结和展望。

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图1 左侧为聚合物基质的SEM图像。右侧为添加不同含量聚碳酸丙烯酯聚合物电解质PVDF/PPC/Mg(TFSI)2不同温度下的离子电导率。

该研究通过把聚碳酸丙烯酯引入到聚偏氟乙烯中,降低了共混聚合物材料的结晶度,并且形成了孔洞结构,该结构有利于镁离子在聚合物基质中的迁移,显著提高了凝胶聚合物电解质的离子电导率。目前,可充电固态镁电池仍处于发展阶段,寻找合适的电极材料和深入研究界面问题是促进可充电镁电池发展的关键。

文信息

A Microporous Gel Polymer Electrolyte with High Mg2+ Ionic Conductivity at Room Temperature

Jiawei Liu, Yigang Yan, Filicia Wicaksana, Shanghai Wei*

本文第一作者为博士研究生刘佳威,通讯作者为魏尚海博士。此研究方向获得新西兰MBIE等项目支持。

Batteries&Supercaps

DOI: 10.1002/batt.202400052

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