体积比容量高为3833mAhcm3是锂电池体积比能量2064mAhcm3的近2倍见图115是铅酸、镉镍蓄电池的10倍
3镁离子电池的成本可以很低因为镁离子电池的组装可以借鉴已发展成熟的锂离子电池技术这意味着提高每个电池的比能量就会直接降低输出每kWh电能的成本
4在充放电过程中金属镁负极不会产生枝晶仅需考虑Mg2在金属表面的可逆沉积与溶解。
f图11Pellio
公司组装镁电池与锂电池比能量比较5
Fig11Projectedcelllevelspecifice
ergyofMgbatteriesascomparedtoLiio
tech
ology5
13镁离子电池的工作原理
与锂离子电池工作原理类似我们也可以将镁离子电池称为“摇椅电池”是指分别用两个能可逆地嵌入和脱嵌镁离子的化合物作为电池的正、负极构成电池体系通过电解液的溶解、吸附、传递等过程镁离子到达正极并且迅速稳定的嵌入到正极材料中这样就完成了电池的放电过程当电池充电时镁离子从正极材料中脱嵌经过电解液返回负极形成一个充放电循环。其原理图如图12所示。
图12镁离子电池工作原理
Fig12Theillustratio
ofmag
esiumio
cell
f镁离子分别在电池的负极和正极发生氧化、还原反应产生电池体系中可定向运动的镁离子。电解质溶液作为镁离子迁移的桥梁提供电池内部迁移所需要的镁离子。电解质溶液对整个电池体系起到了非常关键的作用。
对于正极材料应选择那些嵌入脱嵌镁离子电位正、比能量高、导电性好且含有能可逆嵌入脱嵌镁离子空间空隙结构的材料。负极材料除了要求嵌入脱嵌镁离子电位低之外其它要求和对正极材料的要求是一样的。
14镁离子电池的研究现状
早在20世纪80年代研究人员已经在努力探索用镁来制造电池。
1990年Gregory等首次以用镁、有机硼或有机铝阴离子的镁盐溶液成功组装了镁可充电池实现了镁可充电池的第一次突破。首次组装的完整镁离子电池为Mg025molLMgBBu2RPh22THFDMFCo3O4。据称该电池体系充放电的库仑效率可达99。尽管此电池存在低的开路电压、高极化等不足但却说明镁离子电池从技术上是可行的。
2000年以色列科学家Aurbach等在Nature上报道了以MgAlCl2BuEt2THF为电解液以MgxMo3S4为正极的镁离子电池大幅提高镁蓄电池的能量密度实现了
BuEt2THFMgxMo3S4。
镁可充电池的第二次突破。其电池为Mg025molLMgAlCl
镁的溶解沉积效率达100理论比容量达135WhKg。在实用速率011mAcm2下2000次充放电20℃T80℃后容量损失只有15。通过适当优化实际应用能量密度可超过60Whkg比镍镉电池和铅酸电池的能量密度约40Whkg大得多。而且该类镁蓄电池的能量密度通过修饰正极如加入电正r