美國(guó)研究團(tuán)隊(duì)破解鎂電池充電挑戰(zhàn)

雖然鋰離子電池為當(dāng)今儲(chǔ)能主力，但目前仍有許多研究團(tuán)體與廠(chǎng)商試圖找出比鋰電池更穩(wěn)定與有效的儲(chǔ)能技術(shù)，美國(guó)能源部國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)近日便成功研發(fā)出鎂固態(tài)電池，且該電池原型能量密度與材料成本皆比鋰離子電池佳。

鎂地球蘊(yùn)含量比鋰礦更豐富、成本更低，電量也標(biāo)榜為鋰電池的兩倍，但仍有諸多障礙待跨越。

照理來(lái)說(shuō)電池離子可透過(guò)電解質(zhì)在正負(fù)極之間流動(dòng)，借由電化學(xué)反應(yīng)為電池供電，且該反應(yīng)必須是可逆的，不然無(wú)法為電池充電，但鎂電池中的碳酸鹽(carbonate)電解質(zhì)在充放電循環(huán)中容易在鎂表面形成阻擋層，阻礙電池充電。

雖然鎂也可以透過(guò)高腐蝕性液態(tài)電解質(zhì)充放電，但假如采用腐蝕性電解質(zhì)，鎂電池將無(wú)法在高電壓下運(yùn)作，也有安全疑慮。因此 NREL 研發(fā)新型電解質(zhì)，將聚丙烯腈(polyacrylonitrile )與鎂離子鹽(magnesium-ion salt)混合成固態(tài)電解質(zhì)，可保護(hù)鎂陽(yáng)極并提升電池性能。

目前研究人員已成功打造鎂固態(tài)電池原型，研究更指出，被保護(hù)的鎂陽(yáng)極也可在碳酸鹽電解質(zhì)中充電，且可提供更多能量。此外，研究團(tuán)隊(duì)除了成功研發(fā)出可循環(huán)充電的鎂電池，也提供陽(yáng)極與電解質(zhì)不相容解決途徑跟破解陰極對(duì)離子的局限。

鎂本地球的含量相當(dāng)豐富，蘊(yùn)藏量排名第八，且鎂為堿土金屬，價(jià)電子數(shù)為 2，與價(jià)電子數(shù)為 1 的鋰相比，可提供近兩倍電量，再加上鎂不會(huì)生成枝晶，電池不會(huì)有爆炸風(fēng)險(xiǎn)。假如鎂電池成功推行并商業(yè)化，對(duì)需求量快速攀升的電池市場(chǎng)大有裨益。

「身為科學(xué)研究者，我們總是在想下一步要做什么?」NREL 材料科學(xué)科學(xué)家 Chunmei Ban 表示，居于儲(chǔ)能主導(dǎo)地位的鋰離子電池電量已逐漸達(dá)到頂峰，因此迫切需要找出新一代儲(chǔ)能技術(shù)，而新型電池還必須能以更低成本提供更多電量。NREL 科學(xué)家 Seoung-Bum Son 則指出，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)有助為鎂電池未來(lái)鋪路。