储能科学与技术 ›› 2018, Vol. 7 ›› Issue (3): 437-449.doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2018.0063

• 高比能量动力锂离子电池专刊 • 上一篇    下一篇

多电子转移镁/铝电池体系能量密度热力学计算

曹文卓1,2, 汪君洋1,2, 陈汝颂1,2, 索鎏敏1,2, 李泓1,2   

  1. 1. 中国科学院物理研究所, 北京 100190;
    2. 中国科学院大学, 北京 100049
  • 收稿日期:2018-04-01 修回日期:2018-04-13 出版日期:2018-05-01 发布日期:2018-04-24
  • 通讯作者: 李泓,研究员,研究方向为锂电池和固态离子学,E-mail:hli@iphy.ac.cn
  • 作者简介:曹文卓(1995-),女,硕士研究生,研究方向为固态锂电池,E-mail:caowenzhuo17@mails.ucas.ac.cn

Thermodynamic calculation on energy densities of multi-electron transfer Mg/Al batteries

CAO Wenzhuo1,2, WANG Junyang1,2, CHEN Rusong1,2, SUO Liumin1,2, LI Hong1,2   

  1. 1. Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;
    2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • Received:2018-04-01 Revised:2018-04-13 Online:2018-05-01 Published:2018-04-24

摘要: 镁离子电池和铝离子电池因其高能量密度、地壳储量丰富、安全等优良特性有望成为下一代新型高能量密度储能体系,是未来二次电池研究的热点之一。本文采用热力学方法计算和分析了近300种镁离子和铝离子电池体系的理论质量能量密度、体积能量密度和电压。在所得数据的基础上,以目前商业化锂离子电池正极材料钴酸锂为对比参考,综合考虑质量能量密度、体积能量密度、标准电极电位、毒性、腐蚀性、易燃性、环境友好性等诸多因素,逐步筛选出符合条件的一系列镁离子正极材料(O2、S、MnO2、MoO3、Fe2O3、Fe3O4、NiO、MoO2、CuO、Cu2O)和铝离子的正极材料(O2、S、MnO2、MoO3、NiO、CuO、Cu2O)。

关键词: 镁离子电池, 铝离子电池, 质量能量密度, 体积能量密度, 正极

Abstract: Magnesium (Mg) ion batteries and aluminum (Al) ion batteries have become new hot spots in beyond lithium ion batteries due to their high energy densities, abundant reserves as well as safety. In this work, the theoretical gravimetric energy densities (GED), volumetric energy densities (VED) and output voltage (OV) of nearly 300 electrochemical couples of Mg/Al ion batteries are calculated by thermodynamic method. As our evaluation, considering of gravimetric energy density, volumetric energy density, output voltage, toxicity, corrosion, flammability and environmental friendliness and so on, a series of materials are screened out as promising candidates including Mg ion cathodes (O2, S, MnO2, MoO3, Fe2O3, Fe3O4, NiO, MoO2, CuO and Cu2O) and Al ion cathodes (O2, S, MnO2, MoO3, NiO, CuO and Cu2O).

Key words: magnesium ion batteries, aluminum ion batteries, gravimetric energy density, volumetric energy density, cathode

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