扩层MoS2/石墨烯复合电极材料在Mg2+/Li+混合电池中的应用

多价态离子电池因其固有的多电荷和安全性有望成为极具潜力的电化学能量存储体系。早期研究表明,镁金属直接做为负极材料在电池应用中已展示出高比容量特点以及接近100%的循环性能。然而,由于二价Mg2+在传统正极材料中的传递阻力较大,镁离子电池的优势尚未完全实现。

Mg2+/Li+混合电池结合了镁电极的安全性和锂离子电池正极材料高容量两方面的优点,近几年引起广泛关注。但是,文献中报道的Mg2+/Li+混合电池的正极材料完全依靠锂离子的嵌入和脱出来储存释放能量,需要大量的电解液来提供足够的锂离子,大大影响了电池的整体能量密度以及应用前景。

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针对这些不足,澳大利亚昆士兰大学赵修松教授课题组设计出Mg2+/Li+离子能共嵌入的新型正极材料,结合Mg金属负极和Mg2+/Li+双盐电解液构建了Mg2+/Li+混合离子电池。通过对二维层状硫化钼进行扩层处理,为电解质提供了便捷的传输通道,减小了Mg2+在电极材料中的传输阻力,减小了电解液的使用量。该电池在20 mA g−1电流密度下容量可达300 mA h g−1,能量密度高达317 Wh kg−1,储能性能与锂离子电池相当,但无安全隐患。此外,在500 mA g−1的电流密度下进行循环实验,发现200次后容量稳定性可达81%。本工作为设计安全、高能量密度、低成本的新一代电池提供了崭新的思路。相关成果发表在Advanced Energy Materials(DOI: 10.1002/aenm.201700317)上。

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