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中科院高溫鎂電池電解質研究獲進展
2025年04月14日 14:12:57
來源：化工儀器網 點擊量：5189
中國科學院青島生物能源與過程研究所科研人員等在高溫鎂金屬電池聚合物電解質研究方面取得進展。
高溫電池(High-Temperature Battery)是一類專門設計在高溫環境(通常指≥80℃甚至更高溫度)下穩定工作的電池。與常規電池不同，高溫電池通過特殊的材料選擇、電解質設計和界面優化，解決了傳統電池在高溫下易失效、壽命短或存在安全隱患的問題，適用于極端場景(如深海探測、太空設備、工業高溫環境等)。
鎂金屬因其高化學穩定性(熔點達651℃)、低枝晶生長傾向和低成本等特性，被視為開發耐高溫電池的理想負極材料。然而，傳統液態鎂電解質在高溫下易揮發、易燃，且界面副反應嚴重，導致電池循環壽命和安全性受限。此外，鎂離子(Mg²?)的高電荷密度使其在正極材料中的擴散動力學緩慢，進一步制約了電池性能。因此，開發耐高溫、高離子電導率且界面穩定的聚合物電解質成為關鍵突破方向。
中國科學院青島生物能源與過程研究所科研人員等在高溫鎂金屬電池聚合物電解質研究方面取得進展。該研究在新型鎂電池聚合物電解質開發及鎂金屬負極界面構筑等成果的基礎上，選用具有高熱穩定性和優異鎂負極兼容性的聚環氧氯丙烷進行改性，并引入雙官能團小分子季銨化交聯劑策略，實現了聚環氧氯丙烷的原位交聯，并在其中引入季銨根官能團。
研究選用聚環氧氯丙烷(PECH)作為基體材料，其高熱穩定性(>150℃)和鎂負極兼容性顯著優于傳統液態電解質。通過引入雙官能團小分子季銨化交聯劑，實現聚合物的原位交聯。這一策略不僅增強了電解質的機械強度，還通過季銨根官能團的分解，在鎂負極表面形成富含Mg?N?的有機-無機復合固體電解質界面(SEI)。該界面具有高導鎂能力和化學穩定性，有效抑制了副反應和枝晶生長。
研究團隊發現，季銨根官能團的最低未占分子軌道(LUMO)能級較低，使其優先在負極表面分解，從而定向調控SEI的組成與結構。結合青島能源所前期在單離子導體聚合物電解質中的積累(如2022年開發的“自支撐單離子導體膜”)，進一步優化了鎂離子的遷移數(達0.79)，顯著降低界面極化。
青島能源所的研究通過分子設計-界面工程-器件驗證的全鏈條創新，推動了高溫鎂金屬電池從實驗室走向實際應用。其成果不僅為耐高溫電池體系提供了新范式，也為我國在下一代高安全儲能技術競爭中占據先機奠定了基礎。
該工作由青島能源所和青島大學合作完成。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、青島市自然科學基金等的支持。相關研究成果《Critical Ingredients Revitalize Magnesium-Metal Batteries: Rationality and Challenges》《In Situ Cross-Linking and Interfacial Engineering via Multifunctional Diamine Additive for High-Temperature Magnesium Metal Batteries》于近日發表發表在《先進材料》上。
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