一、镁二次电池的研究进展

目前使用的二次电池主要有铅酸、Ni-Cd、Ni-MH及锂离子蓄电池，前两种电池的明显缺点是含有害元素Pb和Cd，严重污染环境，后两种电池特别是锂离子电池则存在价格较高和安全性较差问题^[1]。随着人们对保护环境及缓解资源消耗的渴求，迫切需要廉价、环境友好及大容量二次电池的开发与应用。Aurbach等^[2]的研究成果表明，可充镁电池虽不能与应用于小尺度（如便携式电子仪器）的锂离子电池竞争，但在大负荷用途方面有潜在优势，被认为是有望适用于电动车的绿色蓄电池^[3]。且与水溶液体系的铅酸、Ni-Cd、Ni-MH蓄电池相比，可充镁电池的制造、装配必须在无水、惰性气氛下进行，成本较高，但镁在自然界的储量远比Pb、Ni、Cd丰富，而且是一种绿色储能材料^[4]。从总体造价考虑，可充镁电池具有替代以上储能电池的可能。对于镁”嵌入”材料的研究始于20世纪70年代^[5]，但至今仍未实现其产业化，主要是以下两方面的原因制约了可充镁电池在开发实用道路上的进一步发展：相对于Li 来说，Mg² 半径小、电荷密度大，溶剂化更为严重，因而比Li 较难嵌入到一般的基质材料中，而且Mg² 在嵌入材料中的移动也较困难；此外，镁在绝大多数电解液中都会形成表面钝化膜，致使镁离子无法穿过，从而难以进行可逆的镁沉积和溶出，限制了其电化学活性^[6]。因此在可充镁电池的系统研究工程中，关键是寻找与开发适于镁嵌入的正极材料和能够可逆沉积-溶出镁的电解液。

已经有人提出可充电镁（Mg）电池用于可再生能量的电化学能量储存和电动车辆的实现，这是由于Mg的固有优点，例如天然丰度，操作安全性和高体积容量。多种不同的碱/碱土金属阳极，镁（Mg）具有最高的理论体积容量（3832mA/cm³）和相对于正常氢电极（NHE）为-2.356V的高负还原电位。为了比较，目前在锂离子电池（LIB）中使用的石墨阳极具有仅777mA h cm^-3的体积容量。^[7] Mg作为阳极材料可以被认为是液体电解质中的更安全的电极，因为它与锂相比不形成枝晶。^[8]理论计算表明，与Li和Na相比，Mg有利于光滑表面的生长，这是由于其较低的扩散势垒和较高配位的构型。^[9]此外，Mg的原料比锂更便宜，其化合物通常是无毒的。

二、聚吡咯作二次电池正极材料的研究进展

聚吡咯(polypyrrole)是一种π共轭导电高聚物材料，是常见的导电的高聚物，不溶、不熔，通常为无定型黑色固体，分解温度200℃。导电率可达100Scm^-2。聚吡咯一般通过氧化吡咯单体使之聚合而获得，也可使用电化学法制备聚吡咯。

导电聚合物就是电导率介于半导体和导体之间的聚合物20世纪初科学家就已将聚吡咯合成出来，但对于其导电性却无人知晓。后来，迪亚兹^[10]用乙腈溶液为介质合成了导电性好、稳定性高的聚吡咯。到了1970年，日本科学家Hidek^[11]制备出了电导率接近金属的聚乙炔，这让众多研究人员关注到了导电高聚物这一未涉足的领域。聚吡咯因其导电率高，制备方法简单成为导电高聚物方面的研究较多的一种材料。但本征态的聚吡咯导电率低，可加工性差，限制了其应用。研究人员^[12,13]为了提高聚吡咯电导率和可加工性做了多方面研究，他们发现在制备时引入不同种类添加剂、掺杂不同的纳米粒子可有效改变这些性能。并且复合聚吡咯材料同时有着较好的光电性能。

聚吡咯有着良好的导电性，耐腐蚀性，空气稳定性，可塑性好，无毒无污染，密度小的特点，并广泛应用于传感器，光学器件，电子元件，导电材料等众多领域，受到各国研究工作者重视。

意大利科学家斯克罗萨蒂^[14]对聚吡咯做锂电池正极材料完成了探究，研究表明聚吡咯作正极材料的Li 电池有着几乎完全的充放电效率，和库仑效率，并且有着优良的循环性能但是聚吡咯的高自放电性使其电量会有持续衰减，正是这一特性使其在应用中存在很大问题。使用化学氧法制备导电聚吡咯时，由于高聚物聚合度不可控，成品的可溶性和可熔性极小，为了提高其可溶性，一般在吡咯中引入可溶性基团取代3.4位的-H。模板法^[15]制备导电聚吡咯的优势在于它可以在高聚物中形成多孔性结构，提高了阴离子的迁移率，从而提升其电化学性能，使之更适用于二次电池材料。日本的大阪研究凝胶电解质二次电池时使用了以PF₆^-阴离子电解液电化学方法聚合的聚吡咯薄膜做电极材料，证明其电化学性能良好。众多科学家对以电化学法制备的聚吡咯做锂离子二次电池正极材料做了很多研究。N.Mermilliod^[16]等的研究表明化学氧化法制备聚吡咯电极材料中加入少量是水加快电荷转换速率，并有效降低了氧化还原电势，提高电池容量。G.Torres^[17,18]等人分别用电化学方法制备的聚吡咯薄膜和利用化学氧化法，以K₃[Fe(CN)₆]为掺杂剂制备的聚吡咯HCF正极材料用于锂离子电池，经测试发现后者电池比容量略低于者，完成60次充放电循环，电池容量也没有降低。这些研究都证明了导电聚吡咯作二次电池电极的可行性。

三、研究的意义和目的

用导电聚合物取代金属作为导电活性材料的聚合物二次电池具有质量轻、比容量大、加工成型方便、使用过程中不需要维护等许多金属无可比拟的优异特性。因而引起了人们的重视。自从1979年美国宾夕法尼亚大学的MacDiarmid研制成了聚乙炔二次电池后，人们又相继成功地把聚对苯撑、聚苯胺、聚噻吩等导电聚合物作为二次电池的电极活性材料^[19]。