研究人员为镁离子电池找到了一种高效的固态电解质

虽然我们隔三差五就能听到有关“电池技术突破”的新闻，但锂离子电池依然是当前使用最广、综合表现最佳的选择。 不过最近，麻省理工博客里实验室和阿贡国家实验室的一支研究团队，已经开发出了一种新型固态材料。它似乎是镁离子的一种绝佳导体、有望用于打造更安全和高效的电池。 锂电池被用于从手机到电动汽车等各个领域，虽然这种金属材料服务得很好，但在效率和价格上仍有很大的改进空间。

 

通过在核磁共振实验室进行的实验，研究人员们证明了新材料是镁离子的一种高效导体(via：阿贡国家实验室)

作为对比，镁元素的能量密度更高、在自然界中的储量也更多， 因而很有希望拿来打造更加便宜和更容易生产的电池。然而要在电池中使用镁这种金属的话，还得迈过电解质这个绊脚石。

其负责在电池的阴极和阳极之间传递电荷， 虽然近期丰田和 KIT 都专注于研发更好的液体电解质，但它们都有腐蚀电池的其它部位的倾向。 于是我们转念一想，为什么不尝试其它类型的电解质呢?

论文合著者 Gerbrand Ceder 表示：镁基电池是一项全新的技术，它没有任何好用的液体电解质。所以我们想到，为什么不换用一种固态的电解质呢?

好消息是， 他们真的研制出了一种名叫“硒化钪镁尖晶石”(magnesium scandium selenide spinel)的新材料 。这种固态电解质允许镁离子轻松穿透，且其导电性甚至媲美某些锂电池中所使用的固态电解质。

最初的理论研究已经预测了不错的结果， 为了验证，研究团队对其进行了核磁共振(NMR)光谱实验。 该仪器能够检测镁(或锂)离子是否穿透物质，然而由于新材料有些复杂且缺少参考，导致他们难以解释数据结果。

研究一作 Pieremanuele Canepa 表示：除了传统的电化学表征之外，这些发现只有结合多种技术方法才能说得通(阿贡实验室的固态核磁共振和同步测量)。

即便如此，在将这种镁基新材料用于打造真实的电池之前，还有一些问题需要解决。比如当前仍有少量的电子泄露，需要改进电子迁移率。不过固态电池在商用之后，其安全性还是较传统液体电解质电池高出不少。

有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《自然通讯》( Nature Communications )期刊上。