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替代锂电池？镁会成为电池的未来吗？

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据重庆大学官方发布“8月30日，在西班牙巴塞罗那举行的第79届世界镁业大会上，国际镁协评奖委员会宣布，重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心联合广东国研、广东省科学院等单位合作完成的“镁离子电池”项目荣获2022年国际 “镁未来技术奖”。这是全球镁行业唯一的“未来技术奖”，潘复生院士团队的黄光胜教授作为项目获奖代表进行了线上发言。这是潘复生院士团队的镁电池研究工作自2021年以来获得的第三个重要奖项。”




重庆大学镁电池团队

重庆大学镁电池团队针对镁电池关键科学问题和技术瓶颈，展开了系统地基础研究和重点技术攻关，近年来在负极材料、电解液、装备等领域取得了一系列成果，发表了100多篇与镁电池紧密相关的论文，成功开发了高电压长寿命锰基普鲁士蓝正极材料、高比容量硫正极材料、高功率钒系正极材料、高性能Mg-RE合金负极材料及箔材加工技术、低成本全无机盐型电解液和硼基电解液等，主要指标处于国际前沿。




什么是镁电池









镁电池是以镁为负极，某些金属或非金属氧化物为正极的原电池。现有品种中，有与普通锌锰干电池相似的随时可以放电的镁锰干电池；还有干燥状态下可长期储存，临用时加水使之活化而可随即使用的储备型电池。

镁离子在阳极（由镁金属制成）与阴极（由金属氧化物材料制成）之间移动。使电子绕着外部电路快速移动，提供电力。
镁锰干电池的开路电压为1.60~1.80V，工作电压为1.3~1.4V，其电荷量比同体积锌锰干电池大一倍左右。它有良好的温度适应性,能在-20~60℃条件下使用，在储存期中其电荷量下降率每年仅3%左右,因此其储存寿命可长达5年。
镁储备型电池的储存寿命可达10年以上;能在任何场合在临时使用时加清水或海水使之活化，活化后半小时内即可使用;工作电压十分平稳；使用寿命一般为0.5~24小时。
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镁会成为电池的未来吗？









镁蕴藏量丰富，价格低廉，海水和土壤中含有丰富的氯化镁和氧化镁，提炼方便节能。据报道我国拥有全球已探明镁储量的70%以上，具有开发镁电池的独特优势。

业界对镁电池的开发较早，但引用领域较为狭小，主要供军事通信和气象测候仪、海难救生设备和高空雷达仪等使用。



一、20世纪的镁电池

早在1928年美国镁业公司的Wood Robert发现以镁或镁合金作为一次电池具有相对高的电压，并申请了镁电池的专利。Gregory等人在1990年首次组装了完整的镁二次电池：Mg│0.25MMg[B(Bu2RPh2)]2THF/DMF│Co3O4。
2000年，以色列D. Aurbach研究小组在镁二次电池方面取得了很大进展，采用的实验室扣式电池Mg│0.25MMg(AlCl2BuEt)2/THF│MgxMo3S4，在实用速率（0.1～1 mA/cm2）下，正极容量可达100 mAh/g，2000次循环后容量损失低于15％。

这样，镁电池的长期循环稳定性与其它各种电池相比显示出优异的可竞争性。可以预计在不远的未来，通过技术的逐步成熟，能获得大尺寸、能量密度远比镍镉和铅酸电池高得多的镁电池。


二、镁电池的突破性

2014年7月据海外媒体报道，日本京都大学教授内本喜晴领导的研究小组开发出一款镁蓄电池，使用一种铁硅化合物作为电池正极，充电量达到锂电池的1.3倍，但材料费用仅为锂电池的10%。该研究小组再进一步缩小镁蓄电池充电和放电时的电压差，减少能量损失，以早日达到实用化。

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2017年国内崔光磊课题组从一种大体积硼阴离子[B(HFP)4]-的设计思路出发，开发了一种仅通过简单无机MgCl2、Mg粉与氟代硼酸酯B(HFP)3原位反应得到的电解液，其与硫正极的匹配显示出了1247mAh/g的放电容量和大倍率性能，能量密度高达1200Wh/kg并支持100圈以上的稳定循环，这为镁电池进一步迈向实用化提供了坚实的一步。

无独有偶，在2013年4月20日的四川芦山地震现场，由镁空气储备电池组成的应急移动电源大受关注。一个大小1.2升、重1公斤左右的“充电器”，可满足一台10瓦LED照明灯工作30天，或为200部智能手机充电。这款“镁空气储备电池”能量十分高，能量密度单位达到800瓦时/千克，1公斤这种新型电池，相当于运用于汽车的铅酸电池的30倍。

2020年，由中国科学院大连化学物理研究所研究员王二东团队研制的镁/海水燃料电池系统顺利完成了3000米水深海上试验，实现了新型镁/海水燃料电池在深海装备上的首次实际应用。该电池系统在突破了高利用率合金阳极制备技术、长寿命阴极制备技术、全海深浮力调节技术、组合能源管理技术等关键技术的基础上，开展此次深海海试工作。本次深海试验中，镁/海水燃料电池的最大下潜工作深度为3252 米，累计作业时间为 24.5小时，累计为系统供电达到了3.4千瓦时，充分验证了新型镁/海水燃料电池的深海供电能力及长时间放电稳定性。

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这些突破无疑加深了市场对镁电池的产业憧憬。


三、新型的镁电池

利用海水发电的电池，你听说过吗？目前，金属空气燃料电池正处在商业化起步期，海镁科技研发的金属空气燃料电池能量密度高、储备性能极佳且安全环保。

倒入海水就能发电，输出的电压可根据需求进行调整，一般有5V、12V、24V三种选择。向电池加入海水后，电池能同时向多个家用电器供电。可以随时抽出反应板以停止供电，反应板还能多次重复使用，非常方便。

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海水发电如何实现？原来，该团队利用实验室科研成果，开发了高效利用空气中氧气的氧化锰基氧还原催化剂和高效捕捉水中溶解氧的“仿生鱼鳃”催化剂，以此致力于岛礁型、海用型、潜用型和携行/应急型四大类镁空气电池产品的开发，进而构建覆盖“岸海天潜底”全域的海事电源型谱。

随着海洋强国战略的深入实施，镁空气电池应用产品也展示出广阔的应用前景。









镁电池未来前景









据了解，锂离子电池为信息产业、汽车产业和当代经济发展做出了重大贡献，但锂电池存在资源短缺、成本高、环境污染严重、安全性差等问题。金属镁成本只有锂的1/25~1/50；镁电池负极不易生长枝晶，安全性高；镁及其化合物无环境污染；镁电池理论能量密度和锂离子电池相当。因此，镁离子电池是最有应用前景的下一代二次电池之一，被认为是电池工业的潜在颠覆者。

尽管镁电池的产业化应用尚未成熟，但关于镁电池的产研合作及其取得的突破时有报道。镁电池的发展，既离不开通过电解液、正极材料、负极材料等的研究课题和技术瓶颈的突破以及电池体系的构建来正向推动，也需要应用市场的需求拉动。

当前，大规模储能技术发展迅速，已经成为我国能源结构转变和电力生产消费方式变革的战略性支撑技术，而以可充二次电池等为代表的化学储能技术由于具有使用方便、响应速度快以及配置灵活等特点，发展前景广阔。大规模储能要求具有的十大性能中，前三依次为高安全性；高转换效率，长循环寿命，价格低廉，使用方便；资源丰富，环境友好，可耐寒热，高比能量，高比功率。镁电池以其安全的电化学反应过程、丰富的镁资源储量、价格较为低廉的镁原料成本以及环境友好等特点，在大规模化学储能应用中具有极大的发展潜力。大力发展与应用镁离子电池，可以有效缓解锂资源紧缺的难题，对储能产业和信息产业发展、新能源汽车升级换代等具有十分重要的战略意义和市场价值。

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文章分类： 综合
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