随着我们迈向更节能的社会,对高容量、高性价比电池的需求比以往任何时候都要大。镁是一种很有前途的固态电池材料,因为镁含量丰富,但其实际应用受到室温固体中镁离子(Mg²⁺)导电性差的限制。最近,来自日本的科学家开发了一种新型Mg²⁺导体,其实际适用的超导电性为10⁻³ S cm⁻¹,解决了一个困惑了科学家几十年的问题。而且新的Mg²⁺导体由在其孔中保持Mg²⁺离子的金属有机框架组成,这意味着新的材料可以在结构中引入“客体分子”乙腈,以加速Mg²⁺的离子电导率,并允许其在固体中迁移。
开发储存可再生能源的高效储能装置对可持续未来至关重要,在当今世界,固态可充电锂离子电池是最先进的。但锂是一种稀土金属,社会对该元素的依赖可能会导致资源的迅速减少和随后的价格上涨。基于镁离子Mg²⁺的电池作为锂离子电池的替代品获得了发展势头。地壳中蕴藏着丰富的镁,而且基于Mg2+的能源装置具有高能量密度、高安全性和低成本等等优点。但由于Mg2+在室温下的固体中的导电性差,限制了其广泛应用。Mg2+的固态导电性较差,因为二价正离子在固态晶体中与其相邻的负离子发生强烈的相互作用,阻碍了它们在材料中的迁移。
日本一个科学家团队克服了这一障碍。他们首次报道了一种超电子电导率为10⁻³ S cm⁻¹(固态电池实际应用的阈值),Mg²⁺导体的电导率是迄今为止报告的最高值。该团队使用一种称为MIL-101的MOF作为主要框架,然后将Mg2+离子封装在其纳米孔中。在生成的MOF基电解质中,Mg2+松散堆积,从而允许二价Mg2+离子迁移。为了进一步提高离子电导率,科学家们将电解质暴露于乙腈蒸汽中,MOF将乙腈蒸汽作为客体分子吸附。然后,科学家们还对制备的样品进行交流阻抗测试,以测量离子电导率。他们发现Mg2+电解质数据高达1.9×10⁻³ S cm⁻¹,对于含有Mg2+的晶体固体,这是有史以来报道的最高电导率。

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