有機雙鹽鋰鎂電池

有機雙鹽鋰鎂電池是為解決現(xiàn)代智能電網(wǎng)對儲能電池應(yīng)用的需求而被研發(fā)出來的，其在循環(huán)壽命、功率密度、成本、安全性等方面的性能具有差不多可以與鋰離子電池相媲美的優(yōu)勢。室溫二次鎂基電池是一類以金屬鎂為負極的電化學(xué)儲能體系，具有負極地殼儲量豐富、成本低（金屬鎂的價格不足金屬鋰價格的5%）、體積比容量大（3833mAh/cm3）、電化學(xué)循環(huán)過程中無枝晶生成等優(yōu)勢，且鎂離子的理論還原電位只比鋰離子高出0.6V左右，只要采用適配的正極結(jié)構(gòu)框架，鎂基電池仍可維持與鋰離子電池相當(dāng)?shù)哪芰棵芏取６?，穩(wěn)定的鎂離子可逆沉積/剝離有助于抑制負極端體積膨脹、減少電解液消耗，顯著改善鎂基電池的循環(huán)壽命和功率密度。因此，鎂基電池可在不犧牲能量密度的前提下，滿足下一代儲能體系的指標(biāo)要求。

然而，緩慢的鎂離子晶格內(nèi)遷移和無機框架的低理論容量等缺點仍限制著鎂電池的廣泛應(yīng)用。鋰鎂雙鹽電解質(zhì)體系通過占主導(dǎo)的鋰離子（代替鎂離子）嵌入正極晶格可實現(xiàn)正極端動力學(xué)的激活，同時不犧牲鎂金屬負極端循環(huán)過程的穩(wěn)定性，避開了鎂離子動力學(xué)性能差的缺點，極大拓展了鎂電池正極材料的選擇范圍。近日，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員李馳麟帶領(lǐng)的團隊提出一類雙鹽電解質(zhì)激活的多電子反應(yīng)的有機鎂電池，其正極采用綠色可再生的玫瑰紅酸鹽（如Na2C6O6）。

納米結(jié)構(gòu)的有機體系以高密度羰基(C=O)作為氧化還原反應(yīng)位，可實現(xiàn)高達350-400mAh/g的可逆容量（三電子轉(zhuǎn)移），通過還原氧化石墨烯（RGO）配線可進一步實現(xiàn)高倍率的電化學(xué)性能，其在2.5A/g(5C)和5A/g(10C)電流密度下的容量仍可分別維持在200和175mAh/g，高倍率性能也受益于大電流和長循環(huán)條件下鎂負極仍無枝晶形成。這一優(yōu)異性能受益于鋰在Na2C6O6中的高本征擴散系數(shù)(10-12-10-11cm2/s)和大于60%的贗電容貢獻，更牢固的非鋰釘扎效應(yīng)（通過Na-O-C和Mg-O-C實現(xiàn)）可抑制晶粒中C6O6層的剝落，實現(xiàn)長達至少600次的充放電循環(huán)。這一有機鎂電池的正極活性物質(zhì)的能量密度可超過500Wh/kg，可容忍超過4000W/kg的功率密度，這一性能超過了基于無機結(jié)構(gòu)的高電位嵌入正極材料的水平。