來自A * STAR高性能計(jì)算研究所的Man-Fai Ng和同事Pei Shan Emmeline Yeo研究了一種可能的鎂離子電池正極材料，以克服普通電源鋰離子電池的一些問題。

鋰離子電池的限制包括低功率和有限的電池壽命，如果將鋰用作負(fù)電極或“陽極”，則可以顯著改善電池壽命。然而，這會(huì)產(chǎn)生安全問題，如在電池充電和放電期間，可能會(huì)在金屬陽極表面形成微觀的鋰?yán)w維（稱為樹枝狀晶體）。如果這些枝晶到達(dá)陰極或正極，則電池會(huì)短路并著火。“商用鋰離子電池使用石墨作為陽極來防止這個(gè)問題，”Ng說。“但權(quán)衡的是石墨的能量密度較低。”另一方面，鎂金屬不形成枝晶，并且除了具有比鋰金屬更高的體積能量密度之外，還更加豐富 – 降低了原材料的成本。

因此，鎂離子（Mg離子）電池有望成為下一代電池，因?yàn)樗鼈兂杀镜停踩夷芰棵芏雀撸琋g解釋說。然而，與鎂離子電池相關(guān)的一個(gè)特別挑戰(zhàn)是找到合適的陰極材料。典型的鋰離子陰極材料與鎂離子不相容，因?yàn)樗陉帢O材料中插入/離開鎂離子的動(dòng)力學(xué)遲緩。因此，鎂離子電池的性能很低，沒有實(shí)際用途。

Ng和Yeo使用超級(jí)計(jì)算機(jī)建模來掃描潛在的陰極材料，并確定一維鉬硫?qū)倩稃u化物納米線作為有希望的候選者。在所研究的納米線中，具有分子式（Mo 6 Se 6）的硒化鉬納米線因其快速離子插入動(dòng)力學(xué)和中等良好的充電容量而表現(xiàn)出最佳的電池性能。

該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃與實(shí)驗(yàn)小組合作驗(yàn)證這一理論預(yù)測(cè)，并繼續(xù)使用第一原理建模技術(shù)尋找潛在的鎂離子電池陰極材料。Ng說，第一原理建模是電池研究的有力工具，因?yàn)樗梢詼?zhǔn)確地研究電極和電解質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)和電子特性; 以及不同材料之間的相互作用。更重要的是，他說它可以用于快速篩選具有所需特性的材料，以加快尋找有用材料，使鎂離子電池更快地成為現(xiàn)實(shí)。