氯化镁-氯化铝-EMImBF_(4)/有机醚可充镁电池电解液

可充镁电池(RMBs)是下一代最具潜力的储能体系之一,电解液对RMBs的性能具有重要影响.本文通过将1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐(EMImBF_(4))添加到MgCl_(2)+AlCl_(3)电解液(MACC)中,构建了一种MACC-EMImBF_(4)/有机醚(MACCE)可充镁电池电解液体系;采用循环伏安(CV)、线性扫描伏安(LSV)、电化学交流阻抗谱(EIS)和恒流充放电曲线(GCD)等方法测试了MACCE电解液的电化学性能及全电池性能;并通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)对循环后的电极表面进行了分析.结果表明,EMImBF_(4)的添加有效改善了电解液的性能,MgCl_(2)-AlCl_(3)与EMImBF_(4)的最佳摩尔比为5∶1.MACCE电解液的离子电导率为3.94 mS/cm,Mg^(2+)沉积-溶出过电位为59 mV,库仑效率达97.5%以上,氧化稳定电位可达2.8 V(vs.Mg/Mg^(2+))且循环时间超过500 h.MACCE电解液在循环过程中可在Mg负极表面形成一层纳米颗粒层,有助于改善循环稳定性.MACCE电解液与正极材料Mo6S8的兼容性好,Mo6S8|MACCE|Mg全电池的放电平均比容量可达64.4mA∙h/g(12.88mA/g,0.1C),100次循环后比容量保持率可达73.2%.

可充镁电池的研究和发展趋势

可充镁电池是近年来发展的一种极有潜力的新型可充电池。它具有能量密度高、价格低廉、操作安全等优点。本文对可充镁电池的特点,特别是正、负极材料和电解质溶液的研究现状及其发展前景进行了介绍。

可充镁电池有机电解液的研究进展

对有机格氏试剂盐系列电解质的研究进行了总结。镁的沉积过程是复杂的吸附过程。吸附物决定了沉积的形貌,对循环效率有很大影响。Mg(AX4-nRn)2型有机镁盐(其中A=Al、B、As、P、Sb、Ta和Fe等,X=Cl、Br和F,R=烷基或芳基)可以看作是Lewis碱R2Mg和Lewis酸AX3-nR′n的反应产物,溶液中Lewis酸的浓度决定了电液的分解电位,R基的含量决定可逆性的好坏,以THF/Bu2Mg (AlCl2Et)2体系性能最佳。

可充镁电池正极材料研究进展

由于金属镁具有能量密度高、价格低廉、对环境友好且操作安全等优点,使得可充镁电池在大负荷储能方面具有良好的应用前景。本文对现有可充镁电池正极材料的研究成果予以系统评述,重点介绍了具有良好循环性能、高比容量或高放电电压平台等优点的材料,如MgxMo3S4、V2O5气凝胶、V2O5凝胶/C复合物、类石墨烯结构的MoS2、聚阴离子型材料等,探讨了可充镁电池正极材料当前存在的问题并对其研究发展方向做了展望。

介孔硅酸锰镁可充镁电池正极材料的制备及其电化学性能研究

采用介孔二氧化硅MCM-41作模板和硅源,合成了具有介孔结构的可充镁电池正极材料硅酸锰镁.分别用XRD、SEM、TEM和氮气吸脱附测试研究了合成材料的介孔结构,并通过循环伏安、恒电流充放电测试比较了介孔与无孔硅酸锰镁材料的电化学性能.由于介孔材料活性表面较大,可增加电解液与活性材料的接触,使材料具有较多的电化学反应位.因而,与相应的无孔材料相比,具有介孔结构的硅酸锰镁材料呈现出较低的充放电极化、较大的放电容量和较高的放电电压平台.在0.25 mol/L Mg(AlCl2EtBu)2/THF电解液中,0.2 C(约62.8 mA/g)充放电速率下,介孔硅酸锰镁材料首次放电容量可达到241.8 mAh/g,放电平台为1.65 V(vs Mg/Mg2+).设计具有介孔结构的材料为提高可充镁电池正极的电化学性能提供了一条有效的途径.

集流体对可充镁电池电解液电化学性能的影响

系统研究了铂、镍、不锈钢(SS)、铜、铝五种金属集流体和碳纤维、石墨箔、碳布三种碳纸集流体对"一代"(Mg(AlCl2BuEt)2/THF)、"二代"((PhMgCl)2-AlCl3/THF)可充镁电池电解液阳极氧化分解电位和镁沉积-溶出性能的影响.金属镍、不锈钢、铜、铝作为可充镁电池正极的集流体时,充电至一定电压时自身均会发生腐蚀.其中,镍和不锈钢可用作充电电压在2.1V(vsMg/Mg2+)以下正极材料的集流体;铜可用作充电电压在1.8V(vsMg/Mg2+)以下正极材料的集流体.碳集流体比金属集流体具有更高的稳定性,其中,碳布作为集流体,适用于充电电压在2.25V(vsMg/Mg2+)(对"一代"电解液)和2.95V(vsMg/Mg2+)(对"二代"电解液)以下的正极材料.

可充镁电池正极材料MgTi_2O_5的研究

采用溶胶-凝胶法合成了MgTi_2O_5材料．粉末X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)测试表明,该材料结晶良好,粒径均匀．使用其作为镁电池的正极活性物质组成模拟电池,测试循环伏安(CV)、电化学阻抗(EIS)、循环充放电,结果表明,该正极材料具有较好的可逆充放电行为,反应历程涉及特性吸附,动力学性能有待改进．

可充镁电池正极材料PTMA/石墨烯(英文)

本文制备了聚4-甲基丙烯酸-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氮氧自由基酯(PTMA)/石墨烯纳米复合材料,并报道了其作为可充镁电池正极材料的电化学性能.通过傅里叶变换红外(FTIR)光谱、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)表征复合材料的结构和形貌;循环伏安和恒电流充放电测试其电化学性能.粒径10 nm左右的PTMA颗粒分散在具有导电作用的石墨烯表面;在"一代"电解液Mg(AlCl2BuEt)2/四氢呋喃(THF)(0.25 mol L-1)中,22.8mA g-1充放电电流密度下,PTMA/石墨烯复合材料的起始放电容量可达到81.2 mAh g-1.研究结果表明,含有自由基的有机化合物可以作为可充镁电池的一类新型正极材料,可以进一步通过使用具有高氧化分解电压的电解液来提高其放电容量.

可充镁电池正极材料Mg_(0.75)Mn_(0.15)Fe_(1.1)SiO_4的制备及电化学性能

采用简单的熔盐方法,在KCl熔盐介质中800、900℃以及1 000℃不同烧结温度下制备了可充镁电池正极材料Mg0.75Mn0.15Fe1.1SiO4。经粉末X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)测试表明,随烧结温度升高,材料结晶性提高,颗粒粒径增大。将其作为活性物质制作成极片,以0.25 mol/LMg(AlCl2EtBu)2/THF为电解液,镁条为对电极,组装成CR2016扣式电池。在0.1 C(20.86 mA/g)下,800、900℃以及1 000℃温度下制备的材料第20次循环放电比容量分别达到了122.9、130.0、54.3 mAh/g。

可充镁电池电解质研究现状

综述了可充镁电池电解质材料的研究进展;介绍了有机格氏试剂盐系列电解质和可传导镁离子的聚合物电解质(GPE);简述了相应的制备工艺和存在的主要问题;最后提出可充镁电池电解质的发展趋势。

可充镁电池:发展、机遇与挑战

可充镁电池因其高体积比容量、高安全性及原料镁储量丰富等优势,有望成为"双碳"目标下规模化储能技术的优选电化学器件。然而,目前可充镁电池还未能实现商业化,这与其存在的一些关键科学问题尚未明晰以及技术瓶颈还未被突破等因素有关。因此,本文从可充镁电池的安全性和能量密度出发,在梳理了可充镁电池发展历史的基础上,总结了可充镁电池器件中电解液、正极和负极材料的研究进展。文中主要介绍了格氏基、磺酸基和硼基电解液对改善镁可逆沉积/溶解和提高电压窗口的重要作用,并对Chevrel相Mo6S8、硫化物和氧化物作为正极材料的储镁机制进行了详细分析。然后对高电压的插层正极材料(尖晶石、层状和聚阴离子化合物)、高容量的转化正极材料(硫、氧和有机分子)和高功率的活性炭正极进行了着重介绍。此外,从电解液/电极界面反应机制着手,对镁、镁合金、铋和锡等金属以及石墨等负极材料进行了梳理分析。最后,本文从材料设计、器件匹配和应用场景角度,对可充镁电池未来商业化的挑战进行了总结和展望。

正极集流体对可充镁电池电化学性能的影响

以目前常用的Chevrel相Mo6S8作为正极材料,涂覆在不同集流体(不锈钢、镍、铜、钛)上,以镁为负极,研究了在(Ph Mg Cl)2-Al Cl3/四氢呋喃(简称THF)"二代"电解液中集流体对可充镁电池电化学性能的影响.恒流放电-充电结果显示在不锈钢集流体上电池电压极化最小,并且具有较好的循环稳定性;镍、铜次之;钛集流体上的极化最大,循环稳定性也最差.并通过对比放电-充电循环前后电极和集流体表面的微观结构,探讨了集流体对电池性能显著影响的原因.电解液对集流体会造成腐蚀,不同集流体在电解液中的稳定性有差异;正极材料涂覆在不同集流体上,电极表面状况有差异;负载活性材料后集流体发生腐蚀的电位有所降低,使集流体更易受到电解液的腐蚀.

苯硫酚盐基溶液的可充镁电池电解液

将4-甲基苯硫酚、4-异丙基苯硫酚和4-甲氧基苯硫酚(RSH)分别与格氏试剂C2H5MgCl/THF(四氢呋喃)反应制得的苯硫酚氯化镁(RSMgCl)(分别标记为MBMC、IPBMC和MOBMC)/THF和进一步与Lewis酸AlCl3反应制得的(RSMgCl)n-AlCl3/THF(n=1,1.5,2)苯硫酚盐基溶液用作可充镁电池电解液,采用循环伏安和恒电流充放电测试研究了电解液的镁沉积-溶出性能和氧化分解电位.结果表明,苯硫酚上的基团种类和RSMgCl与AlCl3的比例对其电化学性能有影响.其中,0.5 mol·L-1(IPBMC)1.5-AlCl3/THF溶液具有最佳的电化学性能,其氧化分解电位适宜(2.4 V(vs Mg/Mg2+)),镁沉积-溶出循环效率稳定,过电位低,电导率较高(2.48 mS·cm-1),与正极材料Mo6S8兼容性良好,且具有一定的空气稳定性,配制方便,有希望应用于实际的可充镁电池体系中.

超声处理对可充镁电池二硫化钼电极的作用

二硫化钼(MoS2)材料作为下一代可充镁电池的正极材料,目前正在成为能源领域的一个研究热点。为了降低可充镁电池的制造成本,提高商品化MoS2材料的性能,采用超声处理方法对商品化MoS2材料进行了超声振荡处理,然后将其作为正极材料与纯镁片组装成可充镁电池进行了充放电性能测试。实验结果表明,与未经过处理的商品化MoS2材料相比,超声处理可以有效地改善商品化MoS2材料片层结构单元的分散性,能够为镁离子的嵌入和嵌出提供了更多的扩散通道,从而提高了商品化MoS2电极材料的充放电比容量和循环稳定性。

PP14TFSI离子液体在可充镁电池电解液的应用

制备了可充镁电池电解质苯酚基镁盐,以四氢呋喃(THF)与N-甲基-N-丁基-哌啶-双三氟甲基磺酰胺(PP14TFSI)离子液体混合物代替四氢呋喃作为该电解质的溶剂.当THF与PP14TFSI体积配比为1:1时,该苯酚基镁盐电解液镁可逆溶出性能最佳,电化学窗口宽(2.7 V vs.Mg),离子电导率高(7.77 mS·cm-1).此外,热重测试表明离子液体的加入大大降低了THF溶剂的挥发性,提高了可充镁电池的安全性能.四氢呋喃+N-甲基-N-丁基-哌啶-双三氟甲基磺酰胺混合溶剂有望作为可充镁电池电解液的首选溶剂.

吡唑基镁卤化物/四氢呋喃可充镁电池电解液

将不同配比的吡唑与格氏试剂反应制得的吡唑基镁卤化物/四氢呋喃(THF)溶液用作可充镁电池电解液,采用循环伏安和恒电流充放电测试研究了该电解液的镁沉积-溶出性能和氧化分解电位;并通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对沉积物的组分和形貌进行了分析.结果表明,吡唑上的取代基、吡唑与格氏试剂的反应配比对电解液的电化学性能都有影响.1 mol·L-11-甲基吡唑-PhMgCl(1:1摩尔比)/THF反应配制的电解液在不锈钢(SS)集流体的阳极氧化分解电位达到2.4 V(vs Mg/Mg2+),并具有镁沉积-溶出电位低、循环稳定性高、配制方便的特点,有希望应用于实际的可充镁电池体系中.

钒掺杂的可充镁电池正极材料Mg1.03Mn0.97SiO4

采用高温固相方法制备了钒掺杂的可充镁电池正极材料Mg1.03–0.5xMn0.97–xVxSiO4(x = 0、0.034、0.069和0.134)。X射线衍射(XRD)表明掺杂V后Mg1.03Mn0.97SiO4的晶体结构未发生变化。扫描电镜(SEM)显示材料颗粒粒径随V掺杂量的增加而逐渐减小。通过循环伏安、交流阻抗、恒电流充放电测试比较了掺杂前后四种材料的电化学性能。电化学结果表明,掺杂V改善了Mg1.03Mn0.97SiO4脱嵌镁的可逆性、提高了其放电容量和放电电压平台。在0.01 C倍率下,x = 0.069的Mg1.03–0.5xMn0.97–xVxSiO4放电容量可达140 mAh/g,远大于未掺杂的Mg1.03Mn0.97SiO4 (40 mAh/g),并且1.62 V(vs. Mg)的放电平台可提高到1.65 V。

可充镁电池有机电解液Mg(SnPh_3)_2的研究

合成了可用于可充镁电池的一种新型电解液Mg(SnPh3)2,其分解电压为1.2V(相对Mg参比)。循环伏安、交流阻抗和电化学性能测试结果表明用它作为可充镁电池的电解液,电池有较好的循环性能。

可充镁电池电解液

由于金属镁具有能量密度较高、价格低、操作安全等优点,可充镁电池是在大负荷储能方面极具发展潜力的二次电池。本文综述了可充镁电池电解液的研究进展,其中包括溶于醚溶剂中的格氏试剂、Mg(BR2R'2)2(其中R、R'为烷基或芳基)、Mg(AX4-nRn'R'n″)2络合物(其中A=Al、B、Sb、P、As、Fe和Ta等,X=Cl、Br和F,R、R'为烷基或芳基,0<n<4,n'+n″=n)或氨基镁卤化物的有机溶液体系、可传导镁离子的熔盐体系和聚合物电解质体系;简述了各种体系的性能和特点,并对可充镁电池电解液的进一步研究和应用前景进行了展望。

纳米FeSe_(2)正极材料制备与镁电池中性能表征

采用溶剂热法,利用表面活性剂的分散作用成功合成了FeSe_(2)纳米颗粒,将其作为正极材料组装可充镁电池,并进行电化学性能测试。结果显示,FeSe_(2)正极在100 mA/g电流密度下首次放电比容量为119 mAh/g,并在循环过程中展现出比容量的逐渐升高,在循环48次后获得最大放电比容量628 mAh/g,同时具有良好的循环稳定性,在100次循环后仍保持581 mAh/g的放电比容量。非原位TEM、XPS和同步辐射软X射线吸收谱分析表明,FeSe_(2)正极在循环过程中,铜集流体会参与正极电化学反应并形成含铜化合物,在正极材料中形成导电通路,这有利于电化学反应过程中电子的转移。因此,FeSe_(2)纳米颗粒充分参与正极转化反应,并展现出高容量和长循环稳定性,为镁电池中的集流体和硒族化合物的匹配性设计提供了新的思路。