隨著科技的日益進步，人們對于電池的能量密度和安全性能提出了越來越高的要求，科研人員們正致力于開發(fā)更具商業(yè)化潛力的下一代電池技術。在諸多新型電池體系中，鎂二次電池得到越來越多研究人員的關注。因為鎂金屬負極具有不生長枝晶、高體積比容量、豐富的地球儲量和低成本等諸多優(yōu)點，所以其在低成本高性能電池領域擁有巨大的商業(yè)化潛力。然而，鎂二次電池的發(fā)展一直受限于電解液和正極材料的缺乏。廉價易得的硫作為一種被廣泛研究的轉換型電池正極材料，為鎂二次電池正極材料的開發(fā)帶來了希望。利用鎂金屬作為負極、硫作為正極的鎂/硫電池體系理論能量密度高達1722 Wh/kg，是目前商業(yè)化鈷酸鋰/石墨電池體系的四倍，是極具開發(fā)潛力的高比能量低成本的儲能電池體系。
近日，依托青島能源所建設的青島儲能產業(yè)技術研究院（以下簡稱“青島儲能院”），在前期關于鎂二次電池工作的基礎上（Adv. Energy Mater., 2017, 1602055；Small 2017, 1702277；Electrochem. Commun., 2017, 83, 72；J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 2277；Adv. Funct. Mater., 2017, 1701718），通過一步原位合成的方式，得到了一款新型有機硼酸鎂基電解液，有效地提升了鎂/硫電池的循環(huán)性能和倍率性能，有望將低成本高能量密度的鎂/硫電池體系推向實用化，相關研究結果已發(fā)表在Energy& Environment Science雜志上（Energy Environ. Sci., 2017, 10, 2616-2625）。
該研究工作利用硼酸三（六氟異丙基）酯（THFPB）、氯化鎂（MgCl2）和鎂粉作為原料，在乙二醇二甲醚（DME）溶劑中，通過一步原位反應得到以[B(HFP)4]-為陰離子，[Mg4Cl6(DME)6]2+為陽離子的有機硼酸鎂基電解液。該電解液體系表現出優(yōu)異的鎂離子傳導性能：電化學窗口高達3.3 V（vs. Mg），離子電導率高達5.58 mS/cm，電沉積過電位僅0.11V，沉積溶解鎂的庫倫效率超過98%，另外，該電解液具有優(yōu)異的非親核特性，能很好地兼容硫正極。利用該電解液組裝的鎂/硫電池，在經歷100次充放電循環(huán)后仍有1000 mAh/g的放電比容量，在500 mA/g的大電流充放電條件下，仍能夠正常工作，這是目前報道的鎂硫電池研究中最優(yōu)異的性能數據。
簡單的合成方法和優(yōu)異的鎂硫電池性能，是該有機硼酸鎂基電解液的最大優(yōu)勢，這一研究成果將有望加快鎂/硫電池體系的實用化進程。上述研究工作得到了國家杰出青年基金、青島市儲能基金和青能所“135”項目的大力支持。（文/圖 崔光磊、杜奧冰、張忠華）
