由圣母大学化学与生物分子工程系教授 Jennifer L. Schaefer 领导的研究人员分析了镁离子导电固体聚合物电解质如何在两个独立的电池系统中工作。他们于 9 月 15 日在Energy Material Advances上发表了他们的发现。
“需要改进储能设备，以进一步实现可再生能源运输和储能系统的电气化，”Schaefer 说。“为了满足这些需求，超锂离子电池系统受到了关注。在超锂离子电池系统中，可充电镁金属电池由于镁含量丰富和镁金属阳极的高体积容量而成为一个有吸引力的系统.”
离子电池包括两个电极，一个称为阳极的负极和一个称为阴极的正极，带有电解质，通常是一种溶解在液体中或分散在凝胶中的盐，将两者连接起来。当向电极施加电荷时，会发生电化学反应，将分子分裂成基本成分。这些成分，通常是原子离子和电子，分别移动到相反的电极，以一种向连接的设备释放能量或从电源吸收能量的方式重新组合。
据 Schaefer 称，具有非液体电解质的镁金属电池尚未得到充分研究，因为它们存在严重的离子传输和/或界面化学问题。Schaefer 说，采用液态电解质的镁金属电池带来了希望，但它们也面临着与锂离子电池相同的问题——挥发性、易燃性和可能的泄漏——以及腐蚀性和/或可逆性问题。
“与液体电解质相比，固体聚合物电解质具有更高的热、机械和电化学稳定性，以及与无机固态电解质相比成本和密度更低，因此具有潜在优势，”Schaefer 说。“虽然对锂离子导电固体聚合物电解质进行了广泛研究，但关于成功的镁离子导电版本的报道相对有限。”
Schaefer 说，因此，对离子如何反应和通过系统传输的理解也很有限。她的团队分析了与普通聚醚电解质相比，由聚合物中的镁盐制成的镁聚合物电解质(称为 PCL-PTMC)的情况。研究了与镁金属阳极接触的两种电解质。通过光谱技术检查每种离子的形态，揭示 PCL-PTMC 中的镁离子作为离子复合物存在，与其他离子键合而不是作为游离镁离子。
“正如之前报道的锂盐，PCL-PTMC 中带正电离子与聚合物链之间的相互作用比其他聚合物弱，”Schaefer 说，并指出较弱的相互作用可以改善带正电离子的传导。“然而，含有镁 PCL-PTMC 电解质的电池的极化导致了高度分散的颗粒状沉积物。”
Schaefer 假设通过光谱鉴定的镁配合物在参与传导后在电极上分解，这抑制了电极的进一步相互作用。接下来，她的团队计划探索其他盐类以及其他电解质界面，以保护镁电极免受不良化学沉积物的影响。
“我们未来的工作将集中在克服界面问题和量化镁传导的方法上，”Schaefer 说。
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