新型鎂離子電池成功研發,或許挑戰鋰電池電動汽車 ?

2020-12-06 騰訊網

近期，研究人員對電動汽車電池的研究又邁出一步，該團隊以鎂離子打造的電動汽車電池，也許能跑贏鋰電池電動汽車。由於鎂是攜帶兩個正電荷的離子，因此每次使用鎂離子作為電池材料，將可觸動兩倍的電子。這項工作可為高電壓、高能量電池開啟一個可靠的設計路徑。

新型鎂離子電池成功研發，或許挑戰鋰電池電動汽車 ？

目前使用的鋰離子電池價格昂貴，使用壽命短且具有爆炸的危險性。鎂離子電池比鋰離子電池相對安全、環保、能源密度較高，將廣泛應用於下一代能源存儲裝置。但用於陰極使用時，鎂金屬電池與鋰二次電池一樣，無法在常溫狀態下工作，只能在60-100度高溫下使用。

鎂元素分布廣泛，因此鎂離子的電池的價格會很低廉。由於鎂離子具有兩個正電荷而鋰離子只有一個，因此鎂離子電池比鋰離子電池具有更大的儲能能力。單位質量的鎂離子電池可以存儲更多能量，這就使汽車可以行使更長的裡程，使消費電子產品可以使用更長的時間。

鋰離子電池的限制因素之一就是它的陽極，出於安全考慮，鋰離子電池中必須使用低容量的碳棒，因為純鋰材料的陽極能夠引發危險的短路甚至起火。相比之下鎂作為陽極更加安全，因此陰極材料與鎂搭配會讓電池體積更小但儲存能力更強。

新型鎂離子電池的優點

Mg安全無汙染且加工處理比鋰方便，Mg的化合物無毒或者低毒，可循環性能好，具有生物和環境友好性，屬於綠色能源。

循環壽命性能好，（-20~80℃條件下）循環2000次後容量僅損失15%。

Mg蘊藏豐富，價格低廉，海水和土壤中含有豐富的氯化鎂和氧化鎂提煉方便、節能。

採用了Mg2+嵌入插層的電池相對傳統的鋰離子電池，不僅提高了能量密度還提高了電池的安全性，降低了成本。

新型鎂離子電池採用全新的有機材料作為負極，以膨脹石墨作為正極，將含有鎂鹽的離子液體作為電解液，利用陰離子插層反應及雙離子的工作機制極大的提高了鎂離子電池的電壓及工作性能。

新型鎂離子電池具有非常好的倍率性能及循環性能，20C的高倍率充放電容量保持率為85%，在5C倍率下循環500次後的容量保持率為95.7％。這不僅大幅降低了電池的重量、體積及製造成本，同時對於電池的能量密度及壽命有著非常大的提升，對於整個鎂離子電池電極材料的選擇提供了全新的思路。

電池技術一直以來都是制約智能科技產品提升的最大障礙，鎂離子電池技術一直被認為有可能成為延長電池續航能力的最佳元素，相對於鋰來說採購成本更低、電池容量更大而且體積小，如果可以進一步提高容量和耐熱性能，將有望突破電池續航瓶頸。

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