◎本報記者 王健高 實習記者 宋迎迎 通 訊 員 劉 佳 杜奧冰

近日，記者從中國科學院青島生物能源與過程研究所（以下簡稱青島能源所）獲huo悉xi，該gai研yan究jiu所suo固gu態tai能neng源yuan係xi統tong技ji術shu中zhong心xin圍wei繞rao鎂mei電dian池chi中zhong的de關guan鍵jian科ke學xue問wen題ti開kai展zhan了le大da量liang研yan究jiu工gong作zuo
，在zai鎂mei金jin屬shu二er次ci電dian池chi關guan鍵jian科ke學xue問wen題ti和he核he心xin材cai料liao方fang麵mian取qu得de係xi列lie成cheng果guo，該gai係xi列lie成cheng果guo近jin期qi發fa表biao在zai國guo際ji權quan威wei期qi刊kan《德國應化》《先進材料》和《先進能源材料》上。

極具潛力的鎂金屬二次電池

鎂金屬二次電池並不是近些年才出現的概念。從以色列科學家多倫·奧爾巴赫（Doron Aurbach）在2000年nian首shou次ci提ti出chu鎂mei金jin屬shu二er次ci電dian池chi模mo型xing至zhi今jin，該gai電dian化hua學xue體ti係xi已yi發fa展zhan二er十shi餘yu年nian。青qing島dao能neng源yuan所suo固gu態tai能neng源yuan係xi統tong技ji術shu中zhong心xin研yan究jiu員yuan崔cui光guang磊lei解jie釋shi說shuo，鎂mei金jin屬shu二er次ci電dian池chi是shi指zhi以yi金jin屬shu鎂mei為wei負fu極ji的de可ke循xun環huan電dian池chi，組zu成cheng鎂mei金jin屬shu二er次ci電dian池chi的de核he心xin是shi鎂mei負fu極ji、電解液及能嵌入鎂的正極材料。

jujieshao，jinshumeijuyoujigaodetijirongliang
，shizuoweigaotijinengliangmidudianchifujidejijiaxuanze。meijinshuercidianchidegongzuoyuanliyuliercidianchiyuanlixiangtong，danyuliercidianchixiangbigenganquan，qiyuanyinzaiyumeijiduoshumeihuahewudoushiwuduhuodidude，qiemeiburulihuopo
，yiyujiagongcaozuo，tongshiyebilianquan；鎂電池沒有類似鋰電池的枝晶生長問題
；在價格方麵，由於鎂在地殼中的豐度更高
，所以其價格較鋰更便宜。

隨著“雙碳”戰略的實施
，新能源迎來跨越式發展。二次電池作為新能源領域被廣泛應用的關鍵裝備之一
，其重要性受到各方的重視。

崔光磊表示，盡管研究人員在儲鎂正極、導鎂電解質
、鎂mei金jin屬shu負fu極ji等deng關guan鍵jian材cai料liao方fang麵mian已yi經jing取qu得de了le重zhong要yao進jin展zhan
，但dan是shi鎂mei金jin屬shu二er次ci電dian池chi還hai有you諸zhu多duo基ji礎chu科ke學xue問wen題ti亟ji待dai克ke服fu，產chan業ye化hua應ying用yong也ye尚shang處chu於yu初chu期qi探tan索suo階jie段duan。

具體而言

，鎂金屬二次電池的開發主要麵臨兩大瓶頸問題。崔光磊表示
，一是鎂電解質作為電池體係中的“血液”，起qi到dao在zai正zheng負fu極ji之zhi間jian傳chuan輸shu鎂mei離li子zi的de重zhong要yao作zuo用yong，它ta在zai電dian池chi體ti係xi內nei部bu直zhi接jie與yu正zheng負fu極ji材cai料liao接jie觸chu
，因yin此ci需xu要yao同tong時shi兼jian顧gu鎂mei金jin屬shu負fu極ji與yu高gao能neng儲chu鎂mei正zheng極ji的de特te殊shu需xu求qiu，這zhe極ji大da地di限xian製zhi了le鎂mei電dian解jie質zhi組zu分fen的de可ke選xuan擇ze範fan圍wei，開kai發fa與yu正zheng負fu極ji界jie麵mian兼jian容rong性xing良liang好hao的de新xin型xing鎂mei電dian解jie質zhi體ti係xi意yi義yi重zhong大da
；二是因為二價鎂離子不僅帶有兩個電荷，而且“個頭小”
，這既是鎂離子能夠在相同體積條件下存儲更多電荷的奧秘，同時也造成了鎂離子具有電荷密度大、極(ji)化(hua)作(zuo)用(yong)強(qiang)的(de)特(te)性(xing)，而(er)強(qiang)極(ji)化(hua)作(zuo)用(yong)會(hui)導(dao)致(zhi)鎂(mei)離(li)子(zi)在(zai)正(zheng)極(ji)材(cai)料(liao)晶(jing)格(ge)內(nei)部(bu)受(shou)到(dao)較(jiao)大(da)庫(ku)侖(lun)力(li)作(zuo)用(yong)的(de)牽(qian)製(zhi)，從(cong)而(er)造(zao)成(cheng)鎂(mei)離(li)子(zi)擴(kuo)散(san)速(su)度(du)緩(huan)慢(man)，因(yin)此(ci)鎂(mei)金(jin)屬(shu)二(er)次(ci)電(dian)池(chi)常(chang)見(jian)的(de)嵌(qian)入(ru)型(xing)正(zheng)極(ji)材(cai)料(liao)結(jie)構(gou)普(pu)遍(bian)表(biao)現(xian)出(chu)較(jiao)差(cha)的(de)可(ke)逆(ni)脫(tuo)嵌(qian)鎂(mei)離(li)子(zi)能(neng)力(li)，開(kai)發(fa)新(xin)型(xing)高(gao)效(xiao)儲(chu)鎂(mei)正(zheng)極(ji)材(cai)料(liao)迫(po)在(zai)眉(mei)睫(jie)。

解決鎂金屬二次電池研發係列難題

圍繞上述鎂電池待解的關鍵問題，在崔光磊的帶領下
，青島能源所科研團隊多年來開展了大量研究工作。

針對鎂電解質方麵的問題，崔光磊研究團隊通過大量的篩選測試和理論分析，確立了硼（鋁）基鎂鹽的合成路線，開發出一係列高性能硼（鋁）基鎂電解質體係，其表現出優異的鎂離子傳輸特性和鎂金屬負極兼容性。

cuiguangleibiaoshi
，yanjiurenyuantongguomeijinshufujidejiemianyouhuagongchengjinyibutuozhanlemeidianjiezhizufendekexuanzefanwei，jidaditishengleduozhongmeidianjiezhitixiyumeijinshufujidejiemianjianrongxing。yanjiutuanduihaishenrujiexilemeijinshufujijiemianchudeweiguandianhuaxuefanyingguocheng
，shixianlemeijinshuchenji/溶出行為的高效調控，為鎂金屬負極的高效、循環利用奠定了重要理論基礎。

“chuleshangshuyetaimeidianjiezhitixi，weilechongfenfahuimeijinshudianchidegaoanquantexing

，yanjiurenyuanjiyujishuzhongxinzaigutailidianchifangmianduoniandejishujilei，haishejikaifaleduozhongdanlizidaotigainiandejuhewujigutaimeidianjiezhitixi，gaitixibiaoxianchuyouyideshiwenmeilizichuanshuxingnenghezhengfujijiemianjianrongxing。研究人員還成功製備了相應的固態鎂金屬二次電池器件，實現了鎂金屬電池的寬溫區
、長循環工作，為研發適應地下資源勘探
、太空探索等極端工況的特種電源提供了充足的技術儲備。”崔光磊說，此外，針對儲鎂正極材料方麵的問題，研究團隊則重點關注具有高比容量特性的轉化型正極。

崔光磊認為
，在眾多在研的新興電池技術中，鎂金屬二次電池憑借高體積能量密度
、高安全性、高自然豐度以及低成本等諸多優勢，成為“後鋰離子電池”時期極具發展潛力的電池體係之一。

目前，研究團隊及合作夥伴們已經在鎂金屬二次電池領域發表高影響力SCI論lun文wen三san十shi餘yu篇pian，申shen請qing相xiang關guan專zhuan利li十shi餘yu項xiang
，基ji本ben形xing成cheng了le具ju有you完wan全quan自zi主zhu知zhi識shi產chan權quan的de鎂mei金jin屬shu電dian池chi核he心xin技ji術shu。在zai實shi際ji應ying用yong場chang景jing方fang麵mian，該gai團tuan隊dui以yi中zhong國guo科ke學xue院yuan深shen海hai智zhi能neng技ji術shu先xian導dao專zhuan項xiang為wei牽qian引yin
，已yi突tu破po了le鎂mei金jin屬shu二er次ci電dian池chi製zhi作zuo工gong藝yi上shang的de關guan鍵jian技ji術shu瓶ping頸jing，開kai發fa出chu能neng量liang密mi度du560瓦時/千(qian)克(ke)的(de)單(dan)體(ti)電(dian)池(chi)。基(ji)於(yu)該(gai)單(dan)體(ti)電(dian)池(chi)設(she)計(ji)組(zu)裝(zhuang)的(de)鎂(mei)硫(liu)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)，不(bu)僅(jin)順(shun)利(li)通(tong)過(guo)了(le)深(shen)海(hai)高(gao)壓(ya)環(huan)境(jing)的(de)模(mo)擬(ni)打(da)壓(ya)測(ce)試(shi)，而(er)且(qie)已(yi)經(jing)跟(gen)隨(sui)中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)院(yuan)深(shen)海(hai)所(suo)科(ke)考(kao)船(chuan)
，在(zai)南(nan)海(hai)實(shi)現(xian)了(le)深(shen)海(hai)環(huan)境(jing)下(xia)連(lian)續(xu)30小時的穩定工作
，成功實現了鎂金屬二次電池的示範應用。目前，更大的應用示範項目也正在籌備進行當中。

崔光磊表示，盡管鎂金屬二次電池的大規模應用還處於初期探索階段，但是其在提升二次電池的安全性、降低二次電池的成本
、緩解二次電池的汙染等方麵都有重要潛力，有望在多個應用場景中部分替代鋰電池或鉛酸電池。