隨著對太空和地下資源開發(fā)需求的日益增長，人們迫切需要開發(fā)出可以耐高溫（>100 ）的特種電源。然而，目前商業(yè)化的鋰離子電池通常在工作溫度超過80 時就會出現(xiàn)顯著的性能下降，甚至?xí)l(fā)生熱失控和爆炸，造成嚴(yán)重的安全事故。鎂金屬因具有化學(xué)穩(wěn)定性好、熔點高（651 ）和不易生長枝晶等特點而表現(xiàn)出很高的安全性?；诖?，鎂金屬電池在耐高溫特種電源領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用潛力。然而，常規(guī)的液態(tài)鎂電解質(zhì)只能在較窄溫度范圍內(nèi)工作，因此開發(fā)耐高溫的鎂電解質(zhì)體系是發(fā)展高溫鎂電池的關(guān)鍵。
近期，青島能源所崔光磊研究員帶領(lǐng)的固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心與青島科技大學(xué)等單位合作，開發(fā)出了一種新型自支撐單離子導(dǎo)體聚合物電解質(zhì)，以該電解質(zhì)所組裝的鎂金屬電池表現(xiàn)出優(yōu)異的高溫電化學(xué)性能和安全性。該自支撐聚合物電解質(zhì)具有優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性，其電化學(xué)窗口高達(dá)4.8 V（vs. Mg/Mg2+）。此外，由于具有類單離子導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)，該自支撐聚合物電解質(zhì)的鎂離子遷移數(shù)達(dá)到0.79，遠(yuǎn)高于常規(guī)液態(tài)電解液，所組裝的Mg//Mg對稱電池可以進(jìn)行穩(wěn)定的極化長循環(huán)，且循環(huán)后的鎂負(fù)極表面沒有明顯的不均勻沉積。由于具有較高的熱穩(wěn)定性和良好的阻燃性，基于該電解質(zhì)所組裝的Mo6S8//Mg電池不僅可以在寬溫區(qū)范圍內(nèi)（30-150 C）進(jìn)行充放電循環(huán)，還在濫用狀況下展現(xiàn)出很高的安全性。該工作極大地推動了高溫、高安全鎂電池及其關(guān)鍵材料的發(fā)展。
相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Energy Materials，青島能源所葛雪松、宋富辰和杜奧冰為論文的共同第一作者，崔光磊研究員和青島科技大學(xué)周新紅教授為論文的通訊作者。上述工作得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)項目、山東省重點研發(fā)計劃等項目的支持與資助。
Xuesong Ge#, Fuchen Song#, Aobing Du#, Yaojian Zhang, Bin Xie, Lang Huang, Jingwen Zhao, Shanmu Dong, Xinhong Zhou*, Guanglei Cui*. Robust Self-Standing Single-Ion Polymer Electrolytes Enabling High-Safety Magnesium Batteries at Elevated Temperature. Advanced Energy Materials. DOI: 10.1002/aenm.202201464.
