还原氧化石墨烯包覆的水系可充电镁离子电池

随着人类社会的发展进步，能源问题越来越突出。随着经济社会的发展，全世界对环境保护也越来越注重。现在大量使用的锂离子电池体系和铅酸电池体系等，虽然产业化应用已经很成熟了，但是由于这些电池体系中多少含有对环境对人体有害的成分，而且具有一定的安全隐患，再加上离子型锂电池等体系本身的比能量密度并不出色，导致不管怎样开发改进续航能力都无法满足社会进步(特别是新能源汽车)的需求。进入新世纪以来，市场上就期待储电量更大，环境友好，造价更低，更安全可靠电池。

近些年来，高效安全环保的电池体系，特别是可充电的电池体系，一直是各国科研团队研究的热点领域。绿色电池更是研究人员要研究的重中之重。镁离子电池因为其独特的性能(镁电池有两个电子得失，而锂电池只有一个电子得失)，一直被认为是取代当前电池体系的新一代电池体系之一。与此同时，水系镁离子电池由于使用了水溶液作为电解液，具有安全环保的特点，更是受到了科学家们的关注。但是很遗憾的是，由于目前已开发的大部分电极材料中的阴离子与镁离子具有很强的电效应，使得镁离子的定向移动被阻碍，无法自由行动，进而导致无法达到镁电池理想的性能。所以开发出合适的电极材料对水系镁离子电池的开发与应用尤其重要。

近日，来自哈尔滨理工大学和哈尔滨工业大学的联合科研团队开发一种还原的氧化石墨烯包裹的锰酸镁(MgMn2O4)作正极材料的电池体系。这种电池在50毫安每克的电流密度下，比容量可以达到211mAh/克，并且在1000毫安每克的电流密度下，比容量密度还是可以达到140mAh/克.

他们首先利用溶胶凝胶法制备了纳米锰酸镁材料，然后用还原的氧化石墨烯包覆锰酸镁纳米材料而获得锰酸镁/石墨烯复合材料。根据测算，发现复合材料中镁离子的扩散系数达到了1.03*10-8cm2/s，是单一的锰酸镁的扩散速率的15倍。还原的氧化石墨烯的加入优化了锰酸镁的界面性能，促进了电荷转移反应，提高了电极材料的导电性;同时也提高了镁离子在电极的扩散作用，从而使整个电池体系获得了优秀的电化学性能。

虽然这种新的水系镁离子电池在产业化之前，还有许多的问题需要解决，但是其安全性能是具有保障的，这也为新型镁离子电池的开发提供了新思路。相信在科学家们的努力下，新一代的电池将很快出现在我们的日常生活中。