(資料圖片僅供參考)

由于儲量豐富、性價(jià)比也高，鎂極有希望取代高容量固態(tài)電池中的鋰。不過，固體鎂離子（Mg2+）在室溫下的導(dǎo)電性較差，這阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。

為了解決這一長達(dá)數(shù)十年的難題，東京理科大學(xué)（Tokyo University of Science，TUS）的研究人員近期開發(fā)了一種新型Mg2+導(dǎo)體。

Mg2+具有較差的固態(tài)電導(dǎo)率，因?yàn)槎r(jià)正離子在固體晶體中與相鄰的負(fù)離子會發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，這阻礙了它們通過材料的遷移。為了解決這個(gè)問題，研究人員開發(fā)了一種名為金屬有機(jī)框架（MOFs）的材料。

領(lǐng)導(dǎo)該研究的TUS副教授Masaaki Sadakiyo解釋稱，MOFs具有高度多孔的晶體結(jié)構(gòu)，這為所含離子的有效遷移提供了空間。此外，研究人員還在MOFs的空隙中引入了乙腈分子，這成功地加強(qiáng)了Mg2+的導(dǎo)電性。

簡單而言，該團(tuán)隊(duì)使用MOF作為主要框架，稱為MIL-101，然后將Mg2+離子封裝在其納米孔中。在合成的電解質(zhì)中，Mg2+離子排列松散，易于遷移。為了進(jìn)一步增強(qiáng)離子電導(dǎo)率，研究團(tuán)隊(duì)將電解質(zhì)暴露于乙腈蒸汽中，后者被MOF作為“客體分子”吸附。

然后，研究小組對制備的樣品進(jìn)行了交流阻抗測試，以測量離子電導(dǎo)率。他們發(fā)現(xiàn)Mg2+電解質(zhì)數(shù)據(jù)高達(dá)1.9×10-3 S cm-1。研究人員指出，對于含有Mg2+的晶體固體，這是有史以來報(bào)道的最高電導(dǎo)率。

上述研究結(jié)果已于近期發(fā)表在了《美國化學(xué)學(xué)會雜志》上，揭示了新型MOF基Mg2+導(dǎo)體是一種適合用于電池的材料。此外，這也為固態(tài)電池的發(fā)展提供了關(guān)鍵的見解，固態(tài)電池繼續(xù)吸引著汽車和儲能行業(yè)的興趣和大量投資。

“長期以來，人們認(rèn)為二價(jià)或更高價(jià)的離子不能通過固體有效轉(zhuǎn)移。在這項(xiàng)研究中，我們已經(jīng)證明，如果晶體結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境設(shè)計(jì)良好，那么固態(tài)高導(dǎo)電性導(dǎo)體是可以研究的，”Sadakiyo補(bǔ)充說。

關(guān)鍵詞： 鎂固態(tài)電池