Page 62 - 《精细化工》2023年第8期

·1676· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

目前，可充镁离子电池固态电解质缺乏改善
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Mg 可逆沉积/溶解过程的原理研究，有些研究仅简
单借鉴锂离子电池的固态电解质方面的研究与理
论，因而可充镁离子电池固态电解质的进展并不理
想。为开发高安全性的固态电解质来提升可充镁离

子电池的能量密度，应将可充镁离子电池固态电解
图 18 交联 MLT-GPE 的可充镁离子电池示意图 [56] 质研究的重点聚焦在固态电解质-电极界面相容性、
Fig. 18 Schematic diagram of magnesium cell with crosslinked
MLT-GPE as electrolyte [56] 提高电导率和优化电化学窗口等方面，以提升可充
镁离子电池的电化学稳定性和循环性能。有关无机
为了使电解质适用于整个可充镁离子电池体 固态电解质在低电压下的稳定性也需要更多的研
系，可充镁离子电池固态电解质一直是学者们研究的 究，除了强调固态电解质的离子电导率外，还应努
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课题。如合成的复合材料室温离子电导率约为 2×10 力提升高其电压稳定性。
S/cm。较高的导电性是由于 MgO 粒子中非晶态
β-MgSO 4 的存在 [59] 。OMOTE 等 [50] 利用导离子性高的 3 结束语与展望
Sc 2 (WO 4 ) 3 制备了 Mg[Hf(WO 4 ) 3 ]，在 600 ℃下，其
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离子电导率约为 2.5×10 S/cm，活化能为 0.84 eV。 中国镁的储量大，而且可充镁离子电池还具有
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HIGASHI 等 [51] 利用 DFT 数据检测了 Mg 在这些固 低成本、高性能和环境友好等特点，符合国家提倡
的碳达峰和碳中和双碳目标下绿色能源发展战
体材料中的电导率。图 19 为 Mg(BH 4 )(NH 2 )的晶体
略，具有极好的应用前景和发展空间。目前，镁
结构。由图 19 可知，4 个 BH 4 单元中的 2 个被 2 个
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氨基取代，导致在 Mg 周围形成 B 2 N 2 的四面体笼。 二次电池从理论上和技术上是可行的，但其研发
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–
最终结构由 Mg 和 BH 4 、NH 2 沿 c 轴交替组成。距 工作尚不令人满意。假如能实现镁二次电池一半
的理论比容量，伴随高性能可充镁离子电池的应
离最近的 Mg-Mg 离子呈锯齿状排列，在交流平面上
用，全球能源利用将会进入一个崭新的纪元。可
的距离约为 0.359 nm。研究发现，Mg(BH 4 )(NH 2 )在
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150 ℃时的离子电导率约为 1×10 S/cm。该离子电导 充镁离子电池的研究离实际应用还有一段距离，
但随着对可充镁离子电池研究的不断深入，可充
率高于 Mg(BH 4) 2 在相同温度下的电导率。离子电导率
镁离子电池大规模储能领域的应用未来可期。为
的增加是由于较短的 Mg-Mg 原子间距离（0.359 nm），
此，通过分析可充镁离子电池的发展现状，总结
远小于 Mg(BH 4 ) 2 （0.432 nm）和具有明显离子键性
了目前能提高可充镁离子电池性能的策略（图
质的 Mg(BH 4 )(NH 2 )。除了较高的离子导电性外，
20），并对未来发展提出展望：
Mg(BH 4 )(NH 2 )固体电解质在 Pt 电极上表现出可逆
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的 Mg 电镀和剥离。因此，Mg(BH 4 )(NH 2 )固体电解
质适用于 150 ℃以上的可充镁离子电池应用 [60] 。与
液态电解质相比，固态电解质能在一定程度上避免
液态电解质的缺陷，主要表现在固态离子导体对金
属负极的反应性更低、稳定性更佳，具有更优异的
安全性、电化学性和热稳定性 [61] 。未来可充镁离子
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电池固态电解质的研究可以借鉴 Li /Na 固态电解
质的成熟策略来改善其较差的动力学和热力学稳定
性，促进可充镁离子电池固态电解质关键材料的突
破，进而推动固态可充镁离子电池技术的实用化。

图 19 沿 a 轴观察 Mg(BH 4 )(NH 2 )的晶体结构 [51] 图 20 提升镁离子电池性能策略示意图
Fig. 19 Crystal structure of Mg(BH 4 )(NH 2 ) viewed along Fig. 20 Schematic illustration of strategies for improving
the a-axis [51] the performance of MIBs