钴铁双金属二硒化物镁电池电化学性能研究文献综述

 2021-10-23 08:10

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文献综述未来五十年世界能源消费量预计翻一番,再加上对低排放能源或甚至零排放能源的需求不断增长,人们己经越来越清晰地认识到要用可持续发展的途径来满足子孙后代对能源的需求。

高效、清洁和可再生能源发电,如太阳能,风能,地热或水力发电为满足未来的能源需求提供了潜在的解决方案[1,2]。

然而,这些间歇式可再生能源产生的电力,需要高效、可持续的固定能源存储装置去实现有效可靠的输电、配电和负载平衡,以及将能源分散开来使用[3]。

目前,随着节能减排主力军新能源汽车的大力推广,基于铅酸电池、燃料电池和氧化还原电池的能源存储设备己成为一种具有成本效益的解决方案。

铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池以及锂离子电池被广泛应用于日常生活中。

其中,铅酸电池和镍镉电池中含有有害元素铅和镉以及在使用过程中产生的废气和废液会严重污染环境;镍氢电池虽然具有环保性、质量轻以及使用寿命长等性能,但其价格昂贵[4,5]。

锂离子电池已经广泛应用与研究,但由于其生产成本较高和形成锂枝晶相关的安全问题,以及锂电池内部复杂的反应和运输附加的限制,阻碍了其进一步的应用[6,7]。

由于镁元素与锂元素在元素周期表中处于特殊的对角线位置,具有类似的性质以及较小的离子半径,研究者提出用镁元素替代铿元素制造镁离子电池,以弥补锂离子电池存在的缺陷[8]。

镁电池与锂离子电池相比存在以下优势:(1)地壳中的镁含量丰富,是锂含量的104倍,因此镁电极材料的成本低;(2)大多数镁化合物都是无毒的,并且镁可被生物降解,因此镁基电极材料是环境友好型材料;(3)镁相对于标准氢电极,有非常负的还原电势-2.37 V,这有利于得到更高电压的全电池,被认为是理想的金属负极;(4)镁电池中,镁反应时提供两个电子,因此可提供更高的理论体积比容量(3833 mAh cm-3),这几乎是理电池体积比容量(2046 mAh cm-3)的两倍;(5)在电池充放电过程中无枝晶生成,这克服了用理金属负极时遇到的主要安全和性能挑战;(6)由于镁在化学上比理更稳定,大规模镁电池的工程设计更简单,更安全[9-11]。

但镁电池的发展还面临以下的阻碍:(1)由于镁在绝大部分溶液中会生成表面钝化膜,镁二价离子难以通过这种钝化层,使镁难以溶解或沉积,从而限制了镁的电化学活性,现在人们已经认识到在简单的离子化镁盐中(如MgCl2、 Mg(CClO4)2、Mg(CF3SO2)2等)不可能实现镁的可逆沉积,因此必须选择非质子性电解液。

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