南京大学研发出新型镁电池负极材料及详解
来源：宝鄂实业
2019-03-08 16:04
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采用金属镁作为负极的可充电镁电池具有资源丰富、理论比能量高、无锂枝晶生长、安全性好、价格低廉等潜在的优点。然而，由于二价Mg2 的极性较大、Mg2 嵌入到正极材料中的动力学缓慢等问题，严重制约了镁电池的实际性能。到目前为止，在镁电池中只有少数的金属/合金型或离子嵌入型负极材料表现出合适的放电容量和循环稳定性。 为了改善镁电池电极材料的综合性能，必需对其原子结构和表界面进行优化设计。电极材料中的晶格缺陷，例如氧空位，对于过渡金属氧化物的物理和化学性质有很大影响。电极材料中的氧空位可以促进电子和离子的传输，有效提高电池的电化学性能。 南京大学化工学院金钟教授和马晶教授团队密切合作，提出了一种新的原子取代方法，以超薄TiS2纳米片为前驱体来合成含有丰富氧空位（OVs）的超薄、多孔、黑色TiO2-x （B-TiO2-x）纳米片，用于镁电池负极材料。 B-TiO2-x超薄纳米片的合成示意图、形貌和储镁性能 实验结果和DFT理论计算均证实，B-TiO2-x电极材料中存在的大量OVs能够显著提高材料的导电性和提供大量的镁离子存储位点，并表现出了较快的电化学反应动力学和优异的比容量和循环稳定性。该工 作 证明利用缺陷工程策略可以有效改善镁电池电极材料的整体电化学性能。 . DFT理论计算结果证实B-TiO2-x超薄纳米片的氧空位有利于镁离子存储 这一成果以
据了解，金属空气电池是以金属为燃料，与空气中的氧气发生氧化还原反应产生电能的一种特殊燃料电池。寻找高性价比的氧还原（ORR）催化剂是开发金属空气电池的关键难题，也是制约金属空气电池在电动汽车等领域广泛应用的“瓶颈”。王卫超在4年前所做的一项处理柴油机尾气中氮氧化物的研究实验中发现，在将一氧化氮转化为二氧化氮的过程中，锰基莫来石材料表现出优良的催化效果。该成果2012年发表于《科学》杂志。王卫超找到了美国休斯敦大学姚彦教授，经过大量研究，他们终于成功将锰基莫来石材料首次应用为镁空气电池的ORR催化剂，接近贵金属铂催化剂的性能，且材料稳定性能优于贵金属。
“首先是成本大幅降低；其次，更加稳定，可以更多次重复反应，这就意味着电池寿命的延长；第三，这为莫来石材料在电化学中的新应用开辟了新路。
近日，中日氢镁能源合作研讨会在青田县举行。会上，MTES株式会社执行董事、工学博士滨田晴夫展示了镁空气电池新技术，这是MTES株式会社首次在我国发布镁空气电池应用技术，标志着该项新能源技术研发成功。国家能源委专家李俊杰教授、清华大学博士生导师傅国伟教授、浙江大学盛奎川教授等专家、学者到场技术点评，县长周和平、副县长朱秀雄等出席研讨会。
研讨会前，深圳市京兰投资集团与日本高能加速器研究部、MTES株式会社、E-Plan株式会社等相关负责人一行，先后走访考察了油竹街道田步垟工业园区临时生产基地、腊口大坑北坑产业园。
研讨会上，周和平县长代表青田作了一个热情洋溢的讲话。他指出，氢镁能源是一项具有世界领先技术和广泛发展前景的高科技项目，项目如落户青田，对于推动我县产业结构战略性调整，实现高质量发展具有重大的引领、示范和辐射作用，是践行“一带一路”国家战略的典范和缩影；青田将全力支持配合、服务项目建设，加快前期各项筹备工作，尽快投入生产，早日产生效益，开启新时代合作共赢的新篇章。
滨田晴夫先生还介绍了MTES公司研发的镁空气电池产品工作原理、特点优势、应用前景等；中日氢镁发展战略委员会秘书长、深圳市京兰投资（集团）有限公司副总裁吴琼雄讲述了该项目的背景、合作历程等，也感谢了青田县委、县政府在项目推进方面做出的努力；国家能源委特聘专家、国际绿色经济协会副会长李俊杰教授介绍了国际新能源产业发展现状、未来发展趋势，并对MTES公司镁空气电池的研发成功表示祝贺，也期待该产品能够早日落地青田并最终实现产业化；清华大学博士生导师傅国伟教授充分肯定了该项创新产品的重要意义，也祝愿合作项目能够最终可以顺利落地。
