科研人員開發出高性能鎂電池用凝膠聚合物電解質

鎂二次電池作為一種低成本、高安全的儲能技術，正受到國內外廣大科研人員的關注。美國能源部可再生能源實驗室、日本豐田集團、歐盟「展望2020」科研計劃等都在積極布局鎂電池研發項目，足可見其重要性。在眾多鹼金屬和鹼土金屬負極中（鋰、鈉、鉀、鎂、鈣、鋅），鎂金屬負極擁有不易長枝晶、高體積比容量（3833mAh/cm3，鋰金屬僅有2036mAh/cm3）、高儲量（地殼元素中含量第五）、低成本（只有鋰金屬的1/30）等諸多競爭性優勢。但是，目前能夠有效沉積溶解鎂的鎂電解質一直制約著鎂電池實用化的發展進程。儘管十多年來研究人員開發出了一些性能優異的有機液態電解液，但是液態電解液始終擺脫不了易揮發、易燃等缺點。與液態電解液相比，聚合物電解質具有更高安全性、預防內短路、無電解液泄露、易於組裝電池和結構柔性等優點，但是目前關於聚合物電解質在鎂電池中的應用報道還很少。

基於以上研究背景，依託中國科學院青島生物能源與過程研究所建設的青島儲能產業技術研究院通過硼氫化鎂與聚四氫呋喃端羥基的原位交聯反應，在玻璃纖維骨架上構建了一種能夠可逆地沉積溶解鎂的凝膠聚合物電解質體系。該凝膠電解質表現出高的鎂離子遷移數（0.73）和高的室溫離子電導率（4.76×10-4S/cm）。而裝配該凝膠電解質體系的Mo6S8/Mg電池不僅能在寬溫區（-20-60℃）內正常工作，而且展現出優異的安全性能。這種原位交聯的方法為鎂電池聚合物電解質的進一步開發提供了一種十分有應用潛力的策略。相關成果發表在《先進材料》（Advanced Materials）上，論文第一作者為青島能源所博士生杜奧冰。

該研究獲得國家自然科學基金傑出青年基金項目、國家重點研發計劃和青島科技項目基金的支持。

圖1 凝膠聚合物電解質的結構和應用領域示意圖

圖2 硼氫化鎂與聚四氫呋喃端羥基的原位交聯反應示意圖

來源：中國科學院青島生物能源與過程研究所

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