研究員們發(fā)現(xiàn)在氧化錳電池電極（Mn2O4）中，Mg2+可以輕松，可逆地嵌入LiMn2O4，相對于傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，不僅提高了能量密度，而且安全性和成本都降低了，鎂離子電池是如何做到的？

科普：鎂離子電池為什么比鋰電池牛？

科學前沿

在鋰離子電池中，一個單電荷的鋰離子在兩個電極之間流動，電子是在外部電路中的流動。如果太多的鋰離子嵌入兩個原子層中間，那么電極的原子結構可能發(fā)生變化，這關乎著電池的充電能力。

在氧化錳電池電極（Mn2O4）中，帶兩個正電荷的鎂離子（Mg2+）可以在每個插層中提供兩個電子，是相同密度的不可逆變形無電極材料中電流的兩倍。本研究表明，Mg2+可以輕松可逆地嵌入LiMn2O4的。

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影響

在以后，采用Mg2+嵌入插層優(yōu)勢的負極電池系統(tǒng)，其能量密度是市場上鋰電池密度的兩倍，甚至是多倍。

結論

由正極和負極兩種電極構成的電池，通常用絕緣體將兩電極隔開。電池在使用時，電流在電池外部的電路中流動，電池內部的帶電原子在兩電極間流動。從電解液中插入太多的離子進入電極會導致電極的原子結構，從而限制了電池的充電能力。采用Mg2+離子代替單電荷鋰離子的電池，其能量密度和插層離子電位都會提高。目前，鎂電池的主要難題就是找到能夠存儲大量的Mg2+離子的陰極材料。這項研究表明，具有尖晶石結構的Mn2O4就是可以存儲大量的Mg2+離子的陰極材料。聯(lián)合能源存儲研究中心的研究員們發(fā)現(xiàn)鎂可以輕松可逆地嵌入電極，科學家用四種技術來描述這種現(xiàn)象。這種插層可以在元素分析用的電子顯微鏡下可見。X射線衍射分析證實了插層后的電極原子結構發(fā)生了變形。核磁共振（NMR）和X射線吸收光譜（XAS）進一步證實了鎂插層的存在。本研究證實了在電池的正極材料中嵌入Mg2+的有效性。采用了Mg2+嵌入插層的電池相對傳統(tǒng)的鋰離子電池，不僅提高了能量密度，而且提高了電池的安全性，降低了成本。