用于鎂電池固態(tài)電解質(zhì)的鎂乙二胺硼氫化物

用于鎂電池固態(tài)電解質(zhì)的鎂乙二胺硼氫化物

與其它金屬相比，金屬鎂因其可以被電鍍，同時具有能量密度高、不易發(fā)生氧化還原反應(yīng)和儲量豐富等優(yōu)點，因此其被視為一種非常有吸引力的可充電陽極材料。鎂電解質(zhì)的發(fā)展是進一步實現(xiàn)鎂電池的重要一步，但其安全性和穩(wěn)定性的問題仍然存在。

一般的鎂電解液（如丙二碳酸酯和碳酸二乙酯）類似于典型的鋰電解液。大多數(shù)鎂電解液是基于有機金屬的，也就是在溶劑中溶解的，或是在醚溶劑中溶解的。為了提高安全性，研究采用固態(tài)電解質(zhì)取代液態(tài)電解質(zhì)，因為固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)電池更安全（如在熱量和機械抗沖擊等方面）。但是，固態(tài)電解質(zhì)材料所需要的高離子電導(dǎo)率是鎂離子所要面臨的主要挑戰(zhàn)。

研究提出，在Mg（BH4）2的基礎(chǔ)材料中，通過Mg2+的電中性雙齒乙二胺配體（NH2CH2CH2NH2，縮寫為en）可以實現(xiàn)離子的高電導(dǎo)率。每一個金屬原子只使用一個雙齒配體就會導(dǎo)致Mg2+的部分鰲合，從而使Mg2+移動。高導(dǎo)電性 Mg(en)（BH4）2的合成過程分為兩步：①Mg（BH4）2和 3 個等價的電中性雙齒乙二胺配體球化產(chǎn)生Mg（en）3（BH4）2復(fù)合體，近年來，對Mg（en）3（BH4）2復(fù)合體的合成、結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性已經(jīng)有了充分的研究；②Mg（en）3（BH4）2是由 Mg（BH4）2產(chǎn)生的球體，根據(jù)反應(yīng)式（1）產(chǎn)生 Mg（en）1（BH4）2。此外，還研究了 Mg（en）3（BH4）2和 Mg（BH4）2的電導(dǎo)率，但是產(chǎn)物 Mg（en）1（BH4）2具有最高的離子電導(dǎo)率。

研究結(jié)果表明，部分鰲合乙二胺氫化鎂配合物是非常有前景的固態(tài)電解質(zhì)，可以獲得高的電導(dǎo)率，在30℃時電導(dǎo)率可以達到5×10-8S/cm，在70℃時電導(dǎo)率可以達到6×10-5S/cm。這種新型的高電導(dǎo)率固態(tài)電解質(zhì)為所有固態(tài)高能量密度鎂電池的發(fā)展提供了空間，這無疑將改變電池技術(shù)。

刊名：Scientific Reports（英）刊期：2017年第7期

作者：Elsa Roedern

編譯：杜桂枝