一种可超越锂的镁可充电电池正极材料

锂离子电池由于器具有的整体性能，在多个应用领域中仍然无可匹敌，从便携式电子设备到蜂窝基站，锂离子电池的广泛应用就证明了这一点。然而，它们也有一些难以忽视的重要缺点。首先，锂的价格相当昂贵，即使其开采速度非常快也于事无补。此外，锂离子电池的能量密度不足以赋能电动汽车和重型机械。这些担忧，再加上电池在被刺穿或高温下极不安全的事实，促使科学家们寻找替代技术。

在被测试为可为充电电池有效能量载体的各种元素中，镁（Mg）是一个很有前途的候选者。除了其安全性和丰富性外，镁还有具有实现更高电池容量的潜力。然而，有些问题还是需要首先解决。这些包括镁离子提供的低电压窗口，以及在镁电池材料中观察到的不可靠的循环性能。

为了解决这些问题，由日本东京科学大学副校长兼教授Yasushi Idemoto领导的研究团队一直在寻找镁电池的新正极材料。特别是，他们一直在寻找提高基于MgV（V：钒）体系的正极材料性能的方法。幸运的是，他们现在找到了成功的正确途径。

研究人员专注于Mg1.33V1.67O4系统，但用锰（Mn）取代了一定量的钒，获得了符合公式Mg1.33V1.67−xMnxO4的材料，其中x取值从0.1到0.4。虽然该系统具有较高的理论容量，但仍需要分析其结构、循环性和正极性能的更多细节，以了解其实际用途。因此，研究人员使用多种标准技术对合成的正极材料进行了表征。

首先，他们使用X射线衍射和吸收以及透射电子显微镜研究了Mg1.33V1.67−xMnxO4化合物的组成、晶体结构、电子分布和颗粒形态。分析表明，Mg1.33V1.67−xMnxO4具有尖晶石结构，成分非常均匀。接下来，研究人员进行了一系列电化学测量，以评估Mg1.33V1.67−xMnxO4的电池性能，使用不同的电解质，并测试在不同温度下产生的充放电特性。

该团队观察到这些正极材料具有高放电容量，特别是Mg1.33V1.57Mn0.1O4，但它也随循环次数而显著变化。为了理解发生这一现象的原因，他们分析了材料中钒原子附近的局部结构。“看来，特别稳定的晶体结构以及钒的大量电荷补偿，使我们观察到Mg1.33V1.57Mn0.1O4具有优异的充放电特性，”Idemoto教授说道，“总之，我们的研究结果表明，Mg1.33V1.57Mn0.1O4可能是镁可充电电池的良好候选正极材料。”

Idemoto教授对目前的研究结果感到满意，并对未来充满希望，他总结道：“通过未来的研发，镁电池具有的更高能量密度，使其可能会超过锂离子电池。”

的确，MgV系统可能会成为人们期待已久的下一代电池技术。

审核编辑 ：李倩