锂电池VS镁电池，各国纷纷加快布局“后锂电池”，“镁”好未来要到来？

锂电池VS镁电池，各国纷纷加快布局“后锂电池”，“镁”好未来要到来？

随着锂电池在新能源汽车、个人电脑、智能手机等领域的广泛应用，其成本高、原材料储量有限等问题日益凸显。为应对这一挑战，全球多个国家和研究机构正加快布局“后锂电池”时代，其中镁电池因其独特的性能优势成为研究热点。本文将为您详细介绍镁电池的研究进展及其商业化前景。

如今，锂电池已成为日常生活中不可或缺的设备，广泛应用于手机、电脑、可穿戴设备、新能源汽车等领域，几乎是“有锂走遍天下”。但锂电池也存在明显的缺点：成本高、且用于生产锂电池的原材料储量少等。

鉴于此，不少国家的政府和企业纷纷加快步伐，布局“后锂电池”时代，比如欧洲有些机构致力于研制镁电池和锌电池、宁德时代推出了钠电池等。

锂电池原材料——锂、镍、钴的产地分布极度不均匀，近80％锂资源产量集中在美洲四湖以及澳洲六矿；镍资源78％集中在印尼、澳大利亚、巴西、俄罗斯、古巴和菲律宾等地区；全球已探明钴资源则约51％分布在刚果（金）。相比之下，钠、镁、锌的储量要高得多。

镁离子可以携带2个正电荷，而锂离子只能携带1个，因此理论上镁电池的能量密度可以比锂电池更大。目前实验室的镁电池已经能反复充放电超过500次。但另一方面，镁电池在技术和材料上仍有很多障碍有待克服。由于镁离子体积小、电荷密度大、极化作用强，难以插入到多数基质中去，较难形成嵌入式化合物。因此，可以供选择的正极材料受限。

并且镁与水发生反应，已报道的电解液体系有格氏试剂的液， MgrhICL－AICL／THFMg（Snphb）2等有机电解质，但是这些有机电解质在充放电的过程中可能会放出气体，具有一定安全隐患。

多国押注镁电池

《日本经济新闻》网站20日以《锂电池何时被超越？》为题报道称，英国剑桥大学、丹麦及以色列的知名工科大学以及德国、西班牙的研究机构组成的联合研究团队“E-Magic”在欧盟的资金支持下，正以2030年为目标，加快开发突破性的高容量、环保性更好的镁电池和锌电池。

报道截图

报道称，锂电池最早在20世纪90年代开始由日本索尼公司实现商用化，它比之前的镍氢电池、铅酸电池能存储更多电能，如今已经在新能源汽车、个人电脑、智能手机等产品上得到普及，相关研究还在2019年获得诺贝尔化学奖。但锂电池的最大缺点就是成本高。报道举例称，如果将锂电池作为大规模储存太阳能或风能等可再生能源的储能电池，日本经济产业省的资料显示，想将其成本降到跟水力发电相当的每千瓦时2.3万日元的水平“是白日做梦”。

因此“后锂电池”时代的主要目标是压缩成本和提高耐用性。“E-Magic”瞄准了成本更低的镁电池。镁离子可以携带2个正电荷，而锂离子只能携带1个，因此理论上镁电池的能量密度可以比锂电池更大。目前实验室的镁电池已经能反复充放电超过500次。研究人员将致力于改进电解液及开发新的电极材料。同时丰田的北美研究所和美国休斯敦大学也在开发新型镁电池，它的电极正极材料采用有机化合物，电解质采用硼。虽然这种镁电池目前只能充放电200次，但研究团队称“已经找到了开发出高稳定性、高性能电池的方向”。

除了镁电池外，报道提到日本东北大学的小林弘明助教和本间格教授也在开发新型锌电池，他们用水溶液取代有机溶剂作为电解液，降低了火灾事故的风险，由于其成本低，未来有望用于储蓄可再生能源电力。

镁电池比锂电池更安全？

你知道吗？镁电池比锂电池更安全休斯顿大学研究人员，在镁电池上取得了重大进展，并表示比锂电池更安全。目前，与锂电池相比，镁电池的能量密度较低。但是通过研发新型阴极材料，可以将镁电池的容量提高到400mAh/g，这比锂基电池高出两倍。

该研究成果已发表在“自然通讯”杂志上。姚博士及其团队成功开发出新的阴极，大大提高了电池的能量密度。共同作者Hyun Yoo博士表示，在之前的假设中，将镁插入主体材料中，需要使氯镁键断裂。该新型电池通过将氯化镁（MgCl）直接插入主体材料，例如二硫化钛（TiS2），来存储能量。这样的设计，使电池的扩散能力更强。

该电池的能量密度达到了400 mAh / g，比以前的镁电池增加了四倍。而锂离子电池仅达到200mAh /g。然而，镁电池的电压窗口要小于锂电池，仅为1V。此外，由于镁的储量更加丰富，因此比锂更便宜，并且不容易发生影响稳定性的树突生长。

通过扩展二硫化钛与新型阴极一起使用，然后引入氯化镁，而不是破坏氯镁键，MgCl键的保留使阴极的电荷加倍。通过使用有机基底，研究人员将二硫化钛中的间隙扩大了300％，实现了高多孔的纳米结构。所得到的间隙扩展到1.8nm，从而有利于插入氯化镁。

重庆一高职院校师生研发出可充电镁电池电解液 有望解决镁电池应用瓶颈

日前，文家新博士在带领学生团队在合成全氟化异丙醇硼酸酯合镁(FPB)电解质盐的基础上，成功研发出上述镁电池电解液产品。据介绍，该产品为可充电镁电池的核心部件，相较市场上同类产品，其电导率可达5.62 mS/cm、库伦效率可达100%、电化学稳定窗口为3.7V、沉积过电位为197mV，具有安全性高、与硫正极材料相容性好、电化学稳定窗口宽、可逆沉积-溶出循环性能好等优势，能够满足镁电池的商业化应用要求。

重庆高职院校研发的镁电池电解液产品

同时，该产品的商业化应用也很方便——按照可充电镁电池的生产工艺流程，在无水无氧的条件下，只需将产品灌装至镁电池正负极之间即可。

业内人士表示，以金属镁为负极的可充电镁电池应用前景广阔。预计到2025年，全球可充电二次电池的市场总规模将达到5000亿美元以上，其中可充电镁电池的市场占比将达到30%以上。而电解液作为可充电镁电池的重要组成部分，未来市场潜力巨大。

从目前的发展情况来看，无论是镁电池、锌电池还是钠电池，其成熟度距离大规模商业化应用还有相当差距，甚至只是处于实验室阶段，性能也有不少缺陷。而外界对于这些锂电池替代技术如此热心，核心原因不在于它们的性能更好，而是资源更丰富、原材料价格更便宜。

本文原文来自先驱网