中科院高温镁电池电解质研究获进展

    高温电池(High-Temperature Battery)是一类专门设计在高温环境(通常指≥80℃甚至更高温度)下稳定工作的电池。与常规电池不同，高温电池通过特殊的材料选择、电解质设计和界面优化，解决了传统电池在高温下易失效、寿命短或存在安全隐患的问题，适用于极端场景(如深海探测、太空设备、工业高温环境等)。   　　

    镁金属因其高化学稳定性(熔点达651℃)、低枝晶生长倾向和低成本等特性，被视为开发耐高温电池的理想负极材料。然而，传统液态镁电解质在高温下易挥发、易燃，且界面副反应严重，导致电池循环寿命和安全性受限。此外，镁离子(Mg²⁺)的高电荷密度使其在正极材料中的扩散动力学缓慢，进一步制约了电池性能。因此，开发耐高温、高离子电导率且界面稳定的聚合物电解质成为关键突破方向。 　　中国科学院青岛生物能源与过程研究所科研人员等在高温镁金属电池聚合物电解质研究方面取得进展。该研究在新型镁电池聚合物电解质开发及镁金属负极界面构筑等成果的基础上，选用具有高热稳定性和优异镁负极兼容性的聚环氧氯丙烷进行改性，并引入双官能团小分子季铵化交联剂策略，实现了聚环氧氯丙烷的原位交联，并在其中引入季铵根官能团。 　　

    研究选用聚环氧氯丙烷(PECH)作为基体材料，其高热稳定性(>150℃)和镁负极兼容性显著优于传统液态电解质。通过引入双官能团小分子季铵化交联剂，实现聚合物的原位交联。这一策略不仅增强了电解质的机械强度，还通过季铵根官能团的分解，在镁负极表面形成富含Mg₃N₂的有机-无机复合固体电解质界面(SEI)。该界面具有高导镁能力和化学稳定性，有效抑制了副反应和枝晶生长。 　　

    研究团队发现，季铵根官能团的最低未占分子轨道(LUMO)能级较低，使其优先在负极表面分解，从而定向调控SEI的组成与结构。结合青岛能源所前期在单离子导体聚合物电解质中的积累(如2022年开发的“自支撑单离子导体膜”)，进一步优化了镁离子的迁移数(达0.79)，显著降低界面极化。 　　

    青岛能源所的研究通过分子设计-界面工程-器件验证的全链条创新，推动了高温镁金属电池从实验室走向实际应用。其成果不仅为耐高温电池体系提供了新范式，也为我国在下一代高安全储能技术竞争中占据先机奠定了基础。 　　

    该工作由青岛能源所和青岛大学合作完成。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、青岛市自然科学基金等的支持。相关研究成果《Critical Ingredients Revitalize Magnesium-Metal Batteries: Rationality and Challenges》《In Situ Cross-Linking and Interfacial Engineering via Multifunctional Diamine Additive for High-Temperature Magnesium Metal Batteries》于近日发表发表在《先进材料》上。