鎂二次電池

鎂二次電池是指以金屬鎂為負極的可循環電池，組成鎂二次電池的核心是鎂負極、電解液及能嵌入Mg的正極材料。

基本介紹

• 中文名：鎂二次電池
• 組成：鎂負極、電解液及正極材料
• 優勢：體積容量高
• 重大突破時間：2000年

優點

金屬鎂具有極高的體積容量（鋰2062 mA h cm，鈉1128 mA h cm，鈣2073 mA h cm，鎂3832 mA h cm），是作為高體積能量密度電池負極的極佳選擇。近年來發展起來的可循環鎂二次電池極具潛力，鎂二次電池的工作原理與鋰二次電池原理相同，但是，鎂二次電池比鋰二次電池更安全，因為鎂及相當多的鎂化學物都是無毒或低毒的，鎂不如鋰活潑，易於加工操作，鎂暴露在空氣也比鋰安全，而且鎂電池沒有類似鋰電池的枝晶生長的問題。在價格方面，由於鎂在地殼中的豐度更高，鎂的價格比鋰便宜24倍，而我國鎂資源豐富，儲量居世界首位，開發鎂電池具有獨特優勢。因此研發金屬鎂作為鎂二次電池的負極，具有重要的意義和誘人的前景。

障礙

鎂二次電池的發展受到了兩方面的阻礙：一方面，由於鎂特殊的電化學性質，鎂在絕大部分溶液中都會生成表面鈍化膜，Mg難以通過這種鈍化層，使用含有諸如MgTFSI、MgClO4等常用鹽的質子惰性溶劑作為電解液時，Mg不能在Mg表面可逆地沉積。另一方面，因為Mg極化大，溶劑化作用強，嵌入到無機宿主中的兩電子轉移過程困難，常用於鋰離子電池的正極材料並不能類似地採用到鎂電池中。

歷史與前景

對鎂二次電池研究取得重大突破的是在2000年，Aurbach等以0.25 M的Mg(AlCl2BuEt)2/THF溶液為電解液，以MgxMo3S4為正極組裝成的首個鎂二次電池，成功循環3500圈。研究鎂二次電池的電解液主要都採用這種有機鹵代鋁酸鎂的THF溶液，而正極材料MgxMo3S4由於分子量過大會降低整體的能量密度，不適合如今的發展趨勢。

人們對鎂二次電池的研究還處於初級階段，所開發的正極嵌入材料並不多，而且大部分循環性能不佳。在電解液方面仍面臨如何提高電導率和穩定性的問題。因此尋找合適的電解質電解液體系和正極材料是鎂二次電池研究的關鍵。對於新型鋰二次電池如鋰硫電池、鋰空電池等的研究，也給鎂二次電池的研究以啟示。鎂硫電池有著超過4500W h/L的理論體積能量，鎂空電池更高達14046W h/L，第一個可循環的鎂硫電池誕生於2011年，而鎂空電池還面臨更多的挑戰。