Химические источники тока с магниевым анодом: электродные материалы и их свойства

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).

Статья посвящена исследованию возможности создания химических источников тока с магниевым анодом и является продолжением анализа существующих источников тока с высокими удельными характеристиками. В ней приводятся типы катодно-активных веществ, потенциально возможных для создания химических источников тока с магниевым анодом или анодом на основе интерметаллидов магния.

Дан подробный анализ литературных данных по применению выбранных систем для создания конкурентоспособных химических источников тока, приводятся разрядные и разрядно-зарядные кривые, рассчитаны удельные характеристики приводимых систем. Сделаны необходимые выводы по применению выбранных электрохимических систем с магниевым анодом.

Авторы:

Родионов Вячеслав Викторович, ОАО «Электроисточник», 410071, г. Саратов, ул. Рабочая, 205, viarodionov@yandex.ru

Ничволодин Алексей Геннадьевич, ОАО «Электроисточник», 410071, г. Саратов, ул. Рабочая, 205, nichvolodin@outlook.com

Казаринов Иван Алексеевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского, 410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83, KazarinovIA@mail.ru

Ключевые слова:

магниевые ХИТ, синтез и свойства молибден-халькогенидных соединений (фазы Шевреля), окислительно-восстановительные полимеры на основе 1, 4-полиантрахинона (свойства и получение), сплавы и интерметаллиды магния

Литература

1. Родионов В. В., Ничволодин А. Г., Казаринов И. А. Электролиты для перезаряжаемых химических источников тока с магниевым анодом // Электрохимическая энергетика. 2022. Т. 22, № 1. С. 3–20. https://doi.org/10.18500/1608-4039-2022-22-1-3-20

2. Saha P., Datta M. K., Velikokhatnyi O. I., Manivannan A., Alman D., Kumta P. N. Rechargeable magnesium battery: Current status and key challenges for the future // Progress in Materials Science. 2014. Vol. 66. P. 1–86. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2014.04.001

3. Bucur C. B. Challenges of a Rechargeable Magnesium Battery. A Guide to the Viability of this Post Lithium-Ion Battery. Springer, Switzerland, 2018. 67 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-65067-8

4. Periyapperuma K., Tran T. T., Purcell M. I., Obovac M. N. The Reversible Magnesiation of Pb // Electrochimica Acta. 2015. Vol. 165. P. 162–165. https://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2015.03.006

5. Murgia F., Weldekidan E. T., Stievano L., Monconduit L., Berthelot R. First investigation of indium-based electrode in Mg-battery // Electrochemistry Communications. 2015. Vol. 60. P. 56–59. https://dx.doi.org/10.1016/j.elecom.2015.08.007

6. Аурбах Д., Гофер Й., Шехтер А., Жонгуа Л., Гизбар Х.; БАР-ИРАЛ ЮНИВЕРСИТИ (IL). Перезаряжаемые гальванические элементы с высокой плотностью энергии и неводные электролиты. Патент № 2277272 РФ, МПК Н01М 6/14 Н01М 10/40. № 2002113098/09; Заявл. 17.10.00; Опубл. 27.05.06, Бюл. № 15.

7. Muldoon J., Bucur C. B., Gregory T. Fervent Hype behind Magnesium Batteries: An Open Call to Synthetic Chemists – Electrolytes and Cathodes Needed // Angew. Chem. Int. Ed. 2017. Vol. 6. P. 12064–12084. https://doi.org/10.1002/anie.201700673

8. Muldoon J., Bucur C. B., Gregory T. Quest for non-aqueous multivalent secondary batteries: Magnesium and beyond // Chem. Rev. 2014. Vol. 114. P. 11683–11720. https://doi.org/10.1021/cr500049y

9. Aurbach D., Lu Z., Schechter A., Gofer Y., Gizbar H., Turgeman R., Cohen Y., Moshkovich M., Levi E. Prototype systems for rechargeable magnesium batteries // Nature. 2000. Vol. 407. P. 724–727. https://doi.org/10.1038/35037553

10. Mohtadi R., Mizuno F. Magnesium batteries: Current state of the art, issues and future perspectives // Beilstein J. Nanotechnol. 2014. Vol. 5. P. 1291–1311. https://doi.org/10.3762/bjnano.5.143

11. Морачевский А. Г., Попович А. А. Магний-ионные аккумуляторы – новое направление исследований // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2019. Т. 25, № 3. С. 133–139. https://doi.org/10.18721/JEST.25312

12. Gregory T. D., Hoffman R. J., Winterton R. C. Non-aqueous Electrochemistry of Magnesium: Applications to Energy Storage// J. Electrochem. Soc. 1990. Vol. 137, № 3. P. 775–780. https://doi.org/10.1149/1.2086553

13. Liang Y., Feng R., Yang S., Ma H., Liang J., Chen J. Rechargeable Mg Batteries with Graphene-like MoS₂ Cathode and Ultrasmall Mg Nanoparticle Anode // Adv. Mater. 2011. Vol. 23, iss. 5. P. 640–643. https://doi.org/10.1002/adma.201003560

14. Li X.-L., Li Y.-D. MoS₂ Nanostructures : Synthesis and Electrochemical Mg²⁺ Intercalation // J. Phys. Chem. B. 2004. Vol. 108, № 37. P. 13893–13900. https://doi.org/10.1021/jp0367575

15. Sun X., Bonnick P., Duffort V., Liu M., Rong Z., Persson K. A., Ceder G., Nazar L. F. A high capacity thiospinel cathode for Mg batteries // Energy Environ. Sci. 2016. Vol. 9. P. 2273. https://doi.org/10.1039/C6EE00724D

16. Amir N., Vestfrid Y., Chusid O., Gofer Y., Aurbach D. Progress in non-aqueous magnesium electrochemistry // J. Power Sources. Vol. 174, iss. 2. P. 1234–1240. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.06.206

17. Pan B., Huang J., Feng Zh., Zeng L., He M., Zhang L., Vaughey J. T., Bedzyk M. J., Fenter P., Zhang Z., Burrell A. K., Liao C. Polyanthraquinone-Based Organic Cathode for High-Performance Rechargeable Magnesium-Ion Batteries // Adv. Energy Mater. 2016. Vol. 6, iss. 14. P. 1600140. https://doi.org/10.1002/aenm.201600140

18. Pan B., Zhou D., Huang J., Zhang L., Burrell A. K., Vaughey J. T., Zhang Zh., Liao Ch. 2,5-Dimethoxy-1,4-Benzoquinone (DMBQ) as Organic Cathode for Rechargeable Magnesium-Ion Batteries // J. Electrochem. Soc. 2016. Vol. 163, № 3. P. A580–A583. https://doi.org/10.1149/2.0021605jes

19. Zhang Zh., Cui Z., Qiao L., Guan J., Xu H., Wang X., Hu P., Du H., Li S., Zhou X., Dong S., Liu Zh., Cui G., Chen L. Novel desing concepts of efficient Mg-ion electrolytes toward high-performance magnesium-selenium and magnesium-sulfur batteries // Adv. Energy Mater. 2017. № 1602055. P. 1–10. https://doi.org/10.1002/aenm.201602055

20. Xiahui Yao, Jingru Luo, Qi Dong, Dunwei Wang. A rechargeable Non-aqueous Mg-Br₂ battery // Nano Energy. 2016. Vol. 28. P. 440–446. https://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.09.003

21. Tian H., Gao T., Li X., Wang X., Luo Ch., Fan X., Yang Ch., Suo L., Ma Zh., Han W., Wang Ch. High power rechargeable magnesium/iodine battery chemistry // Nature Communications. 2017. Vol. 8. Article number 14083. https://doi.org/10.1038/ncomms1483

22. Bulut S., Klose P., Huang M.-M., Weingärtner H., Dyson P. J., Laurenczy G., Friedrich Ch., Menz J., Kümmerer K., Krossing I. Synthesis of room-temperature ionic liquids with the weakly coordinating [Al(OR^F)₄]⁻ anion [R^F=C(H)(CF₃)₂] and the determination of their principal physical properties // Chem. Eur. J. 2010. Vol. 16. P. 13139–13154. https://doi.org/10.1002/chem.201000982

Журнал:

2022. Т. 22, № 2,

DOI:

https://doi.org/10.18500/1608-4039-2022-22-2-70-99

Текст в формате PDF:

скачать

(downloads: 51)