南京大學(xué)研發(fā)出新型鎂電池負(fù)極材料及詳解
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-08 16:04
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采用金屬鎂作為負(fù)極的可充電鎂電池具有資源豐富、理論比能量高、無鋰枝晶生長(zhǎng)、安全性好、價(jià)格低廉等潛在的優(yōu)點(diǎn)。然而，由于二價(jià)Mg2 的極性較大、Mg2 嵌入到正極材料中的動(dòng)力學(xué)緩慢等問題，嚴(yán)重制約了鎂電池的實(shí)際性能。到目前為止，在鎂電池中只有少數(shù)的金屬/合金型或離子嵌入型負(fù)極材料表現(xiàn)出合適的放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性。 為了改善鎂電池電極材料的綜合性能，必需對(duì)其原子結(jié)構(gòu)和表界面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。電極材料中的晶格缺陷，例如氧空位，對(duì)于過渡金屬氧化物的物理和化學(xué)性質(zhì)有很大影響。電極材料中的氧空位可以促進(jìn)電子和離子的傳輸，有效提高電池的電化學(xué)性能。 南京大學(xué)化工學(xué)院金鐘教授和馬晶教授團(tuán)隊(duì)密切合作，提出了一種新的原子取代方法，以超薄TiS2納米片為前驅(qū)體來合成含有豐富氧空位（OVs）的超薄、多孔、黑色TiO2-x （B-TiO2-x）納米片，用于鎂電池負(fù)極材料。 B-TiO2-x超薄納米片的合成示意圖、形貌和儲(chǔ)鎂性能 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和DFT理論計(jì)算均證實(shí)，B-TiO2-x電極材料中存在的大量OVs能夠顯著提高材料的導(dǎo)電性和提供大量的鎂離子存儲(chǔ)位點(diǎn)，并表現(xiàn)出了較快的電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和優(yōu)異的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。該工 作 證明利用缺陷工程策略可以有效改善鎂電池電極材料的整體電化學(xué)性能。 . DFT理論計(jì)算結(jié)果證實(shí)B-TiO2-x超薄納米片的氧空位有利于鎂離子存儲(chǔ) 這一成果以
據(jù)了解，金屬空氣電池是以金屬為燃料，與空氣中的氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電能的一種特殊燃料電池。尋找高性價(jià)比的氧還原（ORR）催化劑是開發(fā)金屬空氣電池的關(guān)鍵難題，也是制約金屬空氣電池在電動(dòng)汽車等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的“瓶頸”。王衛(wèi)超在4年前所做的一項(xiàng)處理柴油機(jī)尾氣中氮氧化物的研究實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在將一氧化氮轉(zhuǎn)化為二氧化氮的過程中，錳基莫來石材料表現(xiàn)出優(yōu)良的催化效果。該成果2012年發(fā)表于《科學(xué)》雜志。王衛(wèi)超找到了美國(guó)休斯敦大學(xué)姚彥教授，經(jīng)過大量研究，他們終于成功將錳基莫來石材料首次應(yīng)用為鎂空氣電池的ORR催化劑，接近貴金屬鉑催化劑的性能，且材料穩(wěn)定性能優(yōu)于貴金屬。
“首先是成本大幅降低；其次，更加穩(wěn)定，可以更多次重復(fù)反應(yīng)，這就意味著電池壽命的延長(zhǎng)；第三，這為莫來石材料在電化學(xué)中的新應(yīng)用開辟了新路。
近日，中日氫鎂能源合作研討會(huì)在青田縣舉行。會(huì)上，MTES株式會(huì)社執(zhí)行董事、工學(xué)博士濱田晴夫展示了鎂空氣電池新技術(shù)，這是MTES株式會(huì)社首次在我國(guó)發(fā)布鎂空氣電池應(yīng)用技術(shù)，標(biāo)志著該項(xiàng)新能源技術(shù)研發(fā)成功。國(guó)家能源委專家李俊杰教授、清華大學(xué)博士生導(dǎo)師傅國(guó)偉教授、浙江大學(xué)盛奎川教授等專家、學(xué)者到場(chǎng)技術(shù)點(diǎn)評(píng)，縣長(zhǎng)周和平、副縣長(zhǎng)朱秀雄等出席研討會(huì)。
研討會(huì)前，深圳市京蘭投資集團(tuán)與日本高能加速器研究部、MTES株式會(huì)社、E-Plan株式會(huì)社等相關(guān)負(fù)責(zé)人一行，先后走訪考察了油竹街道田步垟工業(yè)園區(qū)臨時(shí)生產(chǎn)基地、臘口大坑北坑產(chǎn)業(yè)園。
研討會(huì)上，周和平縣長(zhǎng)代表青田作了一個(gè)熱情洋溢的講話。他指出，氫鎂能源是一項(xiàng)具有世界領(lǐng)先技術(shù)和廣泛發(fā)展前景的高科技項(xiàng)目，項(xiàng)目如落戶青田，對(duì)于推動(dòng)我縣產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展具有重大的引領(lǐng)、示范和輻射作用，是踐行“一帶一路”國(guó)家戰(zhàn)略的典范和縮影；青田將全力支持配合、服務(wù)項(xiàng)目建設(shè)，加快前期各項(xiàng)籌備工作，盡快投入生產(chǎn)，早日產(chǎn)生效益，開啟新時(shí)代合作共贏的新篇章。
濱田晴夫先生還介紹了MTES公司研發(fā)的鎂空氣電池產(chǎn)品工作原理、特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用前景等；中日氫鎂發(fā)展戰(zhàn)略委員會(huì)秘書長(zhǎng)、深圳市京蘭投資（集團(tuán)）有限公司副總裁吳瓊雄講述了該項(xiàng)目的背景、合作歷程等，也感謝了青田縣委、縣政府在項(xiàng)目推進(jìn)方面做出的努力；國(guó)家能源委特聘專家、國(guó)際綠色經(jīng)濟(jì)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)李俊杰教授介紹了國(guó)際新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、未來發(fā)展趨勢(shì)，并對(duì)MTES公司鎂空氣電池的研發(fā)成功表示祝賀，也期待該產(chǎn)品能夠早日落地青田并最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；清華大學(xué)博士生導(dǎo)師傅國(guó)偉教授充分肯定了該項(xiàng)創(chuàng)新產(chǎn)品的重要意義，也祝愿合作項(xiàng)目能夠最終可以順利落地。
