超越锂：一种很有前途的镁可充电电池正极材料

在作为可充电电池的有效能量载体进行测试的各种元素中，镁 (Mg) 是一个很有前途的候选元素。除了安全性和丰富性外，Mg 还具有实现更高电池容量的潜力。但是，首先需要解决一些问题。这些包括镁离子提供的低电压窗口，以及在镁电池材料中观察到的不可靠的循环性能。

为了解决这些问题，由日本东京理科大学副校长 Yasushi Idemoto 教授领导的研究团队一直在寻找用于镁电池的新型阴极材料。特别是，他们一直在寻找提高基于 MgV（V：钒）系统的正极材料性能的方法。幸运的是，正如 2022 年 12 月 8 日在线发布并于 2023 年 1 月 1 日发表在电分析化学杂志第 928 卷上的最新研究报告所述，他们现在找到了通往成功的正确道路。

研究人员专注于 Mg 1.33 V 1.67 O 4系统，但用锰 (Mn) 代替了一定量的钒，获得了分子式为 Mg1.33V1.67−xMnxO4 的材料，其中x为 0.1 至 0.4。虽然该系统具有很高的理论容量，但需要分析有关其结构、循环性和阴极性能的更多细节，以了解其实际用途。因此，研究人员使用多种标准技术对合成的阴极材料进行了表征。

首先，他们使用 X 射线衍射和吸收以及透射电子显微镜研究了 Mg1.33V1.67−xMnxO4 化合物的组成、晶体结构、电子分布和粒子形态。分析表明，Mg1.33V1.67−xMnxO4 具有尖晶石结构，成分非常均匀。接下来，研究人员进行了一系列电化学测量，以评估 Mg1.33V1.67−xMnxO4 的电池性能，使用不同的电解质并测试在不同温度下产生的充电/放电性能。

该团队观察到这些阴极材料的高放电容量——尤其是 Mg 1.33 V 1.57 Mn 0.1 O 4——但它也因循环次数而显着变化。为了解原因，他们分析了材料中钒原子附近的局部结构。“看起来特别稳定的晶体结构以及钒的大量电荷补偿导致我们观察到 Mg 1.33 V 1.57 Mn 0.1 O 4的优异充放电性能，”Idemoto 教授说。“综上所述，我们的结果表明 Mg 1.33 V 1.57 Mn 0.1 O4可能是镁充电电池的良好候选正极材料。”

Idemoto 教授对目前的研究结果感到满意，并对未来充满希望，他总结说：“通过未来的研究和开发，由于前者具有更高的能量密度，镁电池可能会超过锂离子电池。”

事实上，替代的 MgV 系统最终可能会导致期待已久的下一代电池。让我们希望能够满足我们对可充电电池需求的备受期待的锂替代品早日实现！