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備等多個領域具有廣泛應用。鑒于鎂金屬具備優(yōu)異的化學穩(wěn)定性、高熔點及不易生長枝晶等優(yōu)勢，鎂金屬電池被認為是開發(fā)耐高溫特種電源的理想選擇。由于高溫條件下電解質的穩(wěn)定性及界面反應仍面臨諸多挑戰(zhàn)，因此設計耐高溫電解質，并在鎂負極表面原位構筑導鎂固體電解質界面，是推動高溫鎂金屬電池實用化的關鍵。
近日，青島能源所固態(tài)能源系統(tǒng)技術中心在高溫鎂金屬電池聚合物電解質研究方面取得重要進展。研究團隊在新型鎂電池聚合物電解質開發(fā)及鎂金屬負極界面構筑等研究基礎上，選用具有高熱穩(wěn)定性和優(yōu)異鎂負極兼容性的聚環(huán)氧氯丙烷進行改性，并引入雙官能團小分子季銨化交聯(lián)劑的策略，成功實現(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。研究發(fā)現(xiàn)，原位生成的季銨根官能團具有較低的最低未占分子軌道（LUMO）能級，可優(yōu)先在鎂金屬負極表面發(fā)生分解，進而形成富含Mg3N2的有機-無機復合固體電解質界面層。基于該電解質體系組裝的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200圈，容量保持率超過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分子設計及界面優(yōu)化提供了新的研究思路，有望推動高溫鎂金屬電池技術的發(fā)展。
原位交聯(lián)聚合物電解質及其衍生的負極界面實現(xiàn)高溫鎂金屬電池的穩(wěn)定循環(huán)
相關研究成果近日發(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李洪亮教授。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、青島市自然科學基金等項目的支持。
此外，崔光磊和青島科技大學李桂村教授、張忠華副教授等人結合近年來在鎂電池電解質領域的研究積累，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構調控、界面演化及鎂金屬沉積/溶解動力學等方面的功能機制。相關觀點亦發(fā)表于Advanced Materials期刊，為深入理解分子間電離/締合過程及獨特界面形成機制提供了新見解，也為高性能鎂電池的開發(fā)指明了前進的方向。
