可充镁电池电解液的研究

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可充镁电池是近年来发展的一种极有潜力的新型电池,它具有价格低、操作安全、能量密度较高且环境友好等优点。由于受电解液和正极材料的制约,可充镁电池的发展目前还处于探索阶段。与金属锂相似,镁电极表面在绝大多数溶剂中都很容易形成一层致密的钝化膜,这有别于与镁性质相似的金属锂上形成的表面膜;这层钝化膜严重影响镁离子的可逆沉积-溶出,因此需要开发合适的电解液体系。本文系统研究了(PhMgCl)2-AlCl3/混合醚电解液以及溶于四氢呋喃(THF)的苯氧基氯化镁电解液体系作为可充镁电池电解液的电化学性能。主要内容如下:(1)制备全苯基有机铝镁盐(PhMgCl)2-AlCl3,研究其在不同比例的混合醚乙二醇二甲醚(DME)+THF、二乙二醇二甲醚(DG)+THF和四乙二醇二甲醚(DG)+THF中的电化学性能以及不同金属电极的影响。结果表明,和(PhMgCl)2-AlCl3/THF溶液相比,(PhMgCl)2-AlCl3/DG+THF(3:2)电解液在室温下仍具有较高的离子电导率(电导率为1.605mS·cm-1)、良好的可逆沉积镁特性及阳极抗氧化性能(电化学窗口高于2.8V)。而DG+THF混合溶剂优势在于大幅降低电解液的饱和蒸汽压(由23.46kPa降低到9.41kPa),减少电解液的挥发,从而提高可充镁电池的安全性能。对于Pt、Ni、Cu和Al金属基质电极,Pt在上述电解液体系中的电化学性能最好,Al最差。(2)合成一类新型可充镁电池电解液体系:溶解在THF中的2-丁基对甲基苯基氯化镁(BMPMC)与氯化铝(AlCl3)反应得到(BMPMC)2-AlCl3/THF的电解液体系。研究这类新型电解液体系中镁的可逆沉积-溶出电化学行为、空气稳定性以及与正极材料的兼容性。结果表明,该电解液具有较高的电导率(2.56mS·cm-1),较宽的阳极氧化电位(2.6V vs. Mg RE),良好的镁沉积-溶出性能以及优异的空气稳定性。以Mo6S8为正极材料,金属Mg片为负极组装电池进行测试,该电池在室温下的比容量约为100mAh·g-1,当测试温度提高到65℃,比容量达到120mAh·g-1,接近Mo6S8材料的理论值,反应可逆性也有明显提高。此电解液为研究高能量密度的可充镁电池体系如镁空气电池提供了新的途径。
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