极具潜力的镁金属二次电池

镁金属二次电池并不是近些年才出现的概念。从以色列科学家多伦·奥尔巴赫（Doron Aurbach）在2000年首次提出镁金属二次电池模型至今，该电化学体系已发展二十余年。青岛能源所固态能源系统技术中心研究员崔光磊解释说，镁金属二次电池是指以金属镁为负极的可循环电池，组成镁金属二次电池的核心是镁负极、电解液及能嵌入镁的正极材料。

据介绍，金属镁具有极高的体积容量，是作为高体积能量密度电池负极的极佳选择。镁金属二次电池的工作原理与锂二次电池原理相同，但与锂二次电池相比更安全，其原因在于镁及多数镁化合物都是无毒或低毒的，且镁不如锂活泼，易于加工操作，同时也比锂安全；镁电池没有类似锂电池的枝晶生长问题；在价格方面，由于镁在地壳中的丰度更高，所以其价格较锂更便宜。

随着“双碳”战略的实施，新能源迎来跨越式发展。二次电池作为新能源领域被广泛应用的关键装备之一，其重要性受到各方的重视。

崔光磊表示，尽管研究人员在储镁正极、导镁电解质、镁金属负极等关键材料方面已经取得了重要进展，但是镁金属二次电池还有诸多基础科学问题亟待克服，产业化应用也尚处于初期探索阶段。

具体而言，镁金属二次电池的开发主要面临两大瓶颈问题。崔光磊表示，一是镁电解质作为电池体系中的“血液”，起到在正负极之间传输镁离子的重要作用，它在电池体系内部直接与正负极材料接触，因此需要同时兼顾镁金属负极与高能储镁正极的特殊需求，这极大地限制了镁电解质组分的可选择范围，开发与正负极界面兼容性良好的新型镁电解质体系意义重大；二是因为二价镁离子不仅带有两个电荷，而且“个头小”，这既是镁离子能够在相同体积条件下存储更多电荷的奥秘，同时也造成了镁离子具有电荷密度大、极化作用强的特性，而强极化作用会导致镁离子在正极材料晶格内部受到较大库仑力作用的牵制，从而造成镁离子扩散速度缓慢，因此镁金属二次电池常见的嵌入型正极材料结构普遍表现出较差的可逆脱嵌镁离子能力，开发新型高效储镁正极材料迫在眉睫。