镁离子电池体系基础性能的研究

【摘要】： 本文研究了镁离子电池在以下电解液体系中的电化学性能:a.高氯酸镁(Mg(ClO4)2)溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF);b.氯化镁(MgCl2)溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF);c.乙二胺四乙酸二钠镁(EDTA-Mg)溶解于甲酰胺(FA)。通过电导率、电解、放电和SEM等分析测试方法对溶液电导率、镁离子的溶解-沉积、电池体系的放电性能进行了研究。合成了电池的正极材料MgxMnO2,组装电池并检测放电性能。 结果显示,三种电解液体系组装的Mg/Mg电解池体系,均可观察到镁离子的溶解-沉积现象。其中,在FA/EDTA-Mg溶液体系中,镁离子的溶解-沉积现象最显著。镁片的溶解表现为均匀分布的圆形腐蚀坑,镁离子的沉积物较疏松。 电解电流在三种电解质溶液中表现出不同的变化趋势,表明镁离子在其中不同的迁移方式。实验表明,电导率不是影响溶液体系电解电流的唯一因素,即电导率大的溶液体系并不具有最大的电解电流。极间距对电解电流的影响呈无规则状态。以DMF/Mg(ClO4)2为电解液的体系中,不同极间距结构中电解电流大小排布为:I (0.1mm) I (0.2mm) I (0.8mm) I (1mm) I (3mm) I (0.5mm) ;以DMF/MgCl2为电解液的体系中,不同极间距结构中电解电流大小排布为:I (0.1mm) I (0.2mm) I (0.5mm) I (1mm) I (0.8mm) I (3mm);以FA/EDTA-Mg为电解液的体系中,不同极间距结构中电解电流大小排布为:I (3mm) I (0.2mm) I (0.1mm) I (1mm) I (0.5mm) I (0.8mm)。 实验成功组装了新型有机电解液电池。组装的Mg/MgxMnO2、Mg/C电池,以DMF为溶剂的电解液体系的开路电压在1.5V左右;FA/EDTA-Mg体系具有2.2V以上的开路电压。电池体系可在电流密度为0.2～0.4mA/cm2下,维持放电10小时以上。Mg‖FA/EDTA-Mg‖MgxMnO2电池在0.05～0.06mA/cm2的电流密度下放电,起始放电电压为2.09V,在1.9V开始稳定放电;电池分别在1.8V左右和0.9V左右出现放电平台;截止电压为0.8V时,放电时间可持续70小时以上;电池正极材料的放电比容量在175mAh/g以上。