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“雙碳”背景下，新能源產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，同時(shí)催熱了電池產(chǎn)業(yè)。除了當(dāng)下廣泛應(yīng)用的鋰離子電池，鈉離子電池、鎂離子電池、鋁離子電池等都進(jìn)入了開發(fā)研究的視野。近期，在懷柔科學(xué)城清潔能源材料測試診斷與研發(fā)平臺(tái)上誕生新發(fā)現(xiàn)，中國科學(xué)院物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)通過陰陽離子共變價(jià)方式能夠有效提升鎂離子電池或鋁離子電池能量密度，這或?qū)⒂辛ν苿?dòng)鎂離子或鋁離子電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

資料圖 圖為懷柔科學(xué)城 新華社記者 鞠煥宗攝

今年以來，懷柔科學(xué)城多個(gè)大科學(xué)裝置、科學(xué)設(shè)施平臺(tái)開始進(jìn)入試運(yùn)行或科研狀態(tài)，標(biāo)志著懷柔科學(xué)城從建設(shè)階段步入了建設(shè)與運(yùn)行并重的新階段。在這些搶先開跑的裝置或平臺(tái)上，科研人員爭分奪秒展開科研攻關(guān)，已有一批科研新發(fā)現(xiàn)、新成果陸續(xù)涌現(xiàn)。

清潔能源材料測試診斷與研發(fā)平臺(tái)就是搶先試運(yùn)行的科研平臺(tái)之一。當(dāng)下，無論是新能源汽車上搭載的動(dòng)力電池，還是儲(chǔ)存太陽能、風(fēng)力發(fā)電等的儲(chǔ)能電池，基本都采用的是鋰離子電池。而由于鋰在地球的儲(chǔ)量并不十分豐富，未來隨著新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，鋰離子電池可能會(huì)出現(xiàn)供不應(yīng)求情況。因此，清潔能源平臺(tái)的研究人員正在積極地尋找鋰離子電池的替代選項(xiàng)。

中科院物理所研究員索鎏敏告訴記者，在眾多替代項(xiàng)中，鎂離子電池和鋁離子電池由于元素儲(chǔ)量豐富且具有較高理論能量密度被認(rèn)為是后鋰離子電池時(shí)代的理想選擇。不過，相比鋰離子電池，鎂離子電池和鋁離子電池由于是多價(jià)態(tài)離子反應(yīng)，因此離子可逆存儲(chǔ)難度更大，如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化存在更大挑戰(zhàn)。

鎂離子電池和鋁離子電池攻關(guān)的難點(diǎn)之一就是如何讓電池正極材料實(shí)現(xiàn)高容量和高可逆性，從而最終實(shí)現(xiàn)低成本、無資源束縛的高能量密度下一代二次電池。對此，中科院物理所清潔能源實(shí)驗(yàn)室E01組研究團(tuán)隊(duì)通過調(diào)節(jié)陰陽離子的能帶結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出一系列晶態(tài)和非晶態(tài)的陰陽離子共變價(jià)的正極材料，以此有效提升了鎂離子電池和鋁離子電池的能量密度。

索鎏敏介紹：“這是鎂離子電池和鋁離子電池首次在多價(jià)轉(zhuǎn)移體系中引入陰陽離子共變價(jià)概念。通過實(shí)驗(yàn)，鎂離子電池的正極材料實(shí)現(xiàn)了每千克240 Wh（瓦時(shí)）的高能量密度?！北M管從目前看，鎂離子電池和鋁離子電池距離真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還有很長的路要走，但索鎏敏表示，這次的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)將為多價(jià)離子電池開發(fā)高性能正極材料提供一個(gè)嶄新的方向。

（原標(biāo)題：提升鎂離子電池能量密度 懷柔科學(xué)城誕生新發(fā)現(xiàn)）

來源：北京日報(bào)客戶端 | 記者 趙語涵