【摘要】 近年来，有基于阴离子穿梭机的氟离子或氯离子电池的报道。

成熟的锂离子电池以其高能量密度在储能领域发挥着越来越重要的作用。社会对电动汽车和存储可再生能源(如太阳能和风能)的需求将需要大幅提高能量密度[1]。锂-S和锂- O2电池因其具有显著提高容量和降低阴极材料成本的潜力而受到广泛关注。利用Na或Mg等丰富的负极材料，建立了以Na+或Mg2+为电荷转移离子的新型电化学系统，从而开发了替代电池化学方法。

 

近年来，有基于阴离子穿梭机的氟离子或氯离子电池的报道。然而，金属氯离子阴极在氯离子电池离子液体电解质中的溶解是实现高能量密度电池的关键障碍一种方法是使用金属氧氯化物作为阴极材料，它比电解质中的过渡金属氯化物更稳定。

 

图1. M1和M2复合材料的XRD谱图[1]

 

Zhao等人在手套箱中抛光去除氧化层的镁箔作为负极，尽管测量了电池的正常开路电压，但电池没有放电。制备了第二个Mg负极。通过在砂浆中简单混合镁粉和炭黑，实现了金属氯氧/ Mg电极系统的放电和充电，刺激了对更活跃的Mg阳极复合材料的研究。结果表明，镁合金具有延展性，镁合金在硬铣削过程中容易团聚，镁合金中镁元素分布不均匀。

 

因此，为了避免这种不良影响，采用轻球低速软球铣削。产物(M1)有明显的衍射峰(图1)，表明晶粒尺寸较大。在这方面，最好从合适的Mg前驱体开始，如MgH2，它更脆，在球磨过程中不会团聚。采用碳化钨球磨高速制备了MgH2/C复合材料。然后对MgH2/C复合材料进行氢解吸，得到活性更高的Mg/C复合材料(M2)，其衍射峰比M1弱得多、宽得多。Mg的(100)、(002)、(101)面主峰的平均峰宽从0.28°增加到0.33°，表明Mg晶粒细化。图2显示了在1-丁基-1-甲基哌啶二(三氟甲基磺酰基)亚胺(PP14TFSI)中使用0.5 M 1-丁基-1-甲基哌啶氯化铵(PP1 4Cl)电解质的BiOCl/Mg和FeOCl/Mg全电池在以下两个循环中的放电和充电曲线。

 

当以锂为阳极时，两种电极系统的放电和充电曲线相似，即在第一次循环中有一个低放电平台，在循环过程中有两个氧化还原反应，而以FeOCl为阴极的电极系统的放电和充电曲线是倾斜的BiOCl阴极(BiOCl/M1)的初始放电容量为102 mAh/g，是理论容量(103 mAh/g)的99%。第一次循环回收的充电容量为69 mAh/g，库仑效率为68%，而以M2为阳极时，库仑效率更高，达到78%。

 

此外，使用M2阳极有助于明显降低放电/充电滞后，从420 mV (M1)到310 mV (M2)，在第二个循环中，BiOCl/M2电极体系的库仑效率提高到88%。库仑效率越高，表明M2活性越强。这有利于阳极侧的氧化还原反应。对于FeOCl/Mg电极体系，得到了类似的结果。M2可显著降低充电过程中的电化学极化，第一次循环库仑效率可达95%。

 

图2. 前两次循环的放电和充电曲线[1]

 

[1] Xiangyu Zhao, Qiang Li, Zhirong Zhao-Karger, Ping Gao, Karin Fink, Xiaodong Shen, and Maximilian Fichtner ACS Applied Materials & Interfaces 2014 6 (14), 10997-11000.

 

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