智能電網(wǎng)和移動(dòng)電子設(shè)備的快速發(fā)展對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的能量密度、循環(huán)壽命和成本提出了更高的要求。鎂金屬作為新一代儲(chǔ)能電池負(fù)極材料,地殼儲(chǔ)量大,對(duì)空氣和水分穩(wěn)定性高,且循環(huán)過(guò)程中不產(chǎn)生枝晶,相較于鋰金屬,不僅降低了成本,又提高了安全性。另外,由于鎂金屬具有較低的平衡電位(-2.37V vs NHE)和高理論容量(3832 mAh cm-3),因此,既能保證儲(chǔ)能電池的安全性,又維持了較高的能量密度。
由于鎂離子在晶格間移動(dòng)速度較慢,導(dǎo)致鎂電池在充放電過(guò)程中過(guò)電勢(shì)較大,進(jìn)而降低了鎂電池的倍率性能和能量密度,限制了傳統(tǒng)無(wú)機(jī)正極材料的使用。相較于傳統(tǒng)無(wú)機(jī)材料,有機(jī)材料可儲(chǔ)存多個(gè)電子,具有更高的比容量,易于進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),引起了研究人員的廣泛關(guān)注。但是,鎂電池有機(jī)正極材料仍存在循環(huán)性能差和能量密度、放電倍率低的問(wèn)題。
香港中文大學(xué)盧怡君教授課題組報(bào)道了一種新型鎂電池正極材料乙基紫精(Ethyl viologen,EV)。乙基紫精具有優(yōu)越的快速充放電性能,可在高倍率(10C)下維持109.1 mAh g-1的比容量,且能夠進(jìn)行穩(wěn)定充放電循環(huán)500次。在高載量(5mg cm-2)下,乙基紫精仍然維持80%以上的理論容量。此外,乙基紫精可搭配具有氧化還原活性的陰離子,如碘、溴等,進(jìn)行四電子電極反應(yīng),與傳統(tǒng)Mo6S8正極相比(75 Wh kg-1),能量密度得到了顯著提高(304.2 Wh kg-1)。