高溫電池作為特種電池的重要分支，在資源勘探、航空航天、軍事裝備及車載電子設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。鑒于鎂金屬具備優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、高熔點(diǎn)及不易生長(zhǎng)枝晶等優(yōu)勢(shì)，鎂金屬電池被認(rèn)為是開(kāi)發(fā)耐高溫特種電源的理想選擇。由于高溫條件下電解質(zhì)的穩(wěn)定性及界面反應(yīng)仍面臨諸多挑戰(zhàn)，因此設(shè)計(jì)耐高溫電解質(zhì)，并在鎂負(fù)極表面原位構(gòu)筑導(dǎo)鎂固體電解質(zhì)界面，是推動(dòng)高溫鎂金屬電池實(shí)用化的關(guān)鍵。
近日，青島能源所固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心在高溫鎂金屬電池聚合物電解質(zhì)研究方面取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)在新型鎂電池聚合物電解質(zhì)開(kāi)發(fā)及鎂金屬負(fù)極界面構(gòu)筑等研究基礎(chǔ)上，選用具有高熱穩(wěn)定性和優(yōu)異鎂負(fù)極兼容性的聚環(huán)氧氯丙烷進(jìn)行改性，并引入雙官能團(tuán)小分子季銨化交聯(lián)劑的策略，成功實(shí)現(xiàn)了聚環(huán)氧氯丙烷的原位交聯(lián)，并在其中引入季銨根官能團(tuán)。研究發(fā)現(xiàn)，原位生成的季銨根官能團(tuán)具有較低的最低未占分子軌道（LUMO）能級(jí)，可優(yōu)先在鎂金屬負(fù)極表面發(fā)生分解，進(jìn)而形成富含Mg3N2的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合固體電解質(zhì)界面層。基于該電解質(zhì)體系組裝的Mo6S8//Mg電池在150°C高溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，穩(wěn)定循環(huán)超過(guò)200圈，容量保持率超過(guò)80%。此外，該電池還在濫用狀況下展現(xiàn)出優(yōu)異的安全性。該研究為高溫鎂金屬電池的電解質(zhì)分子設(shè)計(jì)及界面優(yōu)化提供了新的研究思路，有望推動(dòng)高溫鎂金屬電池技術(shù)的發(fā)展。
原位交聯(lián)聚合物電解質(zhì)及其衍生的負(fù)極界面實(shí)現(xiàn)高溫鎂金屬電池的穩(wěn)定循環(huán)
相關(guān)研究成果近日發(fā)表于Advanced Materials期刊，論文第一作者為青島能源所與青島大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)研究生陳明傲，通訊作者為青島能源所崔光磊研究員、葛雪松副研究員以及青島大學(xué)李洪亮教授。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、青島市自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
此外，崔光磊和青島科技大學(xué)李桂村教授、張忠華副教授等人結(jié)合近年來(lái)在鎂電池電解質(zhì)領(lǐng)域的研究積累，系統(tǒng)梳理了胺類和磷酸酯類功能添加劑在鎂離子溶劑化結(jié)構(gòu)調(diào)控、界面演化及鎂金屬沉積/溶解動(dòng)力學(xué)等方面的功能機(jī)制。相關(guān)觀點(diǎn)亦發(fā)表于Advanced Materials期刊，為深入理解分子間電離/締合過(guò)程及獨(dú)特界面形成機(jī)制提供了新見(jiàn)解，也為高性能鎂電池的開(kāi)發(fā)指明了前進(jìn)的方向。
