記者最近幾天從中科院青島生物能源與過程研究所獲悉，該所固態(tài)能源系統(tǒng)技術中心圍繞鎂電池中的關鍵科學問題開展了大量研究工作，在鎂金屬二次電池關鍵科學問題和核心材料方面取得了一系列成果該系列成果最近發(fā)表在國際權威期刊《華英》，《德國先進材料》和《先進能源材料》上

極具潛力的鎂金屬二次電池

鎂二次電池并不是近幾年的新概念自2000年以色列科學家Doren auerbach首次提出鎂金屬二次電池模型以來，電化學系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展了二十多年青島能源學院固態(tài)能源系統(tǒng)技術中心研究員崔光磊解釋，鎂金屬二次電池是指以金屬鎂為負極的可回收電池鎂金屬二次電池的核心是鎂負極，電解液和能嵌入鎂的正極材料

根據(jù)介紹，金屬鎂具有極高的體積容量，是高體積能量密度電池負極的極佳選擇鎂二次電池的工作原理與鋰二次電池相同，但比鋰二次電池更安全原因是鎂和大多數(shù)鎂化合物無毒或低毒，鎂的活性不如鋰，易于加工操作，比鋰更安全鎂電池沒有類似鋰電池的枝晶生長問題，在價格上，鎂比鋰便宜，因為它在地殼中的豐度更高

伴隨著雙碳戰(zhàn)略的實施，新能源迎來了跨越式發(fā)展作為新能源領域廣泛應用的關鍵設備之一，二次電池的重要性已經(jīng)受到各方的關注

崔光磊表示，雖然科研人員在鎂儲能正極，鎂導電電解質(zhì)，鎂金屬負極等關鍵材料方面取得了重要進展，但鎂金屬二次電池仍有許多基礎科學問題需要攻克，產(chǎn)業(yè)化應用仍處于初步探索階段。

具體來說，鎂金屬二次電池的發(fā)展主要面臨兩個瓶頸崔光磊表示:第一，鎂電解液作為電池系統(tǒng)中的血液，在正負極之間起著輸送鎂離子的重要作用它與電池體系內(nèi)部的正負極材料直接接觸，需要同時兼顧鎂金屬負極和高能鎂儲能正極的特殊要求，極大地限制了鎂電解質(zhì)組分的可選范圍開發(fā)一種與正負極具有良好界面相容性的新型鎂電解質(zhì)體系具有重要意義二是因為二價鎂離子不僅帶兩個電荷，而且體積小，這就是鎂離子在相同體積下可以儲存更多電荷的奧秘，同時鎂離子具有電荷密度高，極化強的特點但強極化會使鎂離子受到陰極材料晶格中較大的庫侖力效應的約束，導致鎂離子擴散速度變慢因此，常見的鎂金屬二次電池的嵌入式正極材料普遍表現(xiàn)出較差的可逆脫嵌能力，因此被開發(fā)出來

解決鎂金屬二次電池研發(fā)的系列問題。

圍繞上述鎂電池需要解決的關鍵問題，在崔光磊的帶領下，青島能源研究院的研究團隊多年來開展了大量的研究工作。

針對鎂電解質(zhì)存在的問題，崔光磊研究團隊通過大量的篩選試驗和理論分析，確立了硼基鎂鹽的合成路線，開發(fā)了一系列高性能的硼基鎂電解質(zhì)體系，表現(xiàn)出優(yōu)異的鎂離子傳輸特性和鎂金屬陽極相容性。

崔光磊說，研究人員通過鎂金屬陽極界面優(yōu)化項目，進一步擴大了鎂電解質(zhì)組分的可選范圍，大大提高了各種鎂電解質(zhì)體系與鎂金屬陽極的界面相容性研究團隊還深入分析了鎂金屬陽極界面的微觀電化學反應過程，實現(xiàn)了鎂金屬沉積/溶解行為的高效調(diào)控，為鎂金屬陽極的高效和循環(huán)利用奠定了重要的理論基礎

除了上述液態(tài)鎂電解質(zhì)體系，為了充分發(fā)揮鎂金屬電池的高安全性特點，科研人員還基于技術中心多年的固體鋰電池技術積累，設計開發(fā)了多種基于聚合物的單離子導體概念的固體鎂電解質(zhì)體系該體系在室溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的鎂離子傳輸性能和正負電極間的界面相容性科研人員還成功制備了相應的固態(tài)鎂金屬二次電池器件，實現(xiàn)了鎂金屬電池的寬溫度范圍，長循環(huán)工作，為研發(fā)適用于地下資源勘探，空間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，針對鎂儲存正極材料存在的問題，研究團隊重點研究了高比容量的轉換正極

崔光磊認為，在眾多正在研究的新興電池技術中，鎂二次電池以其高體積能量密度，高安全性，高自然豐度，低成本等諸多優(yōu)勢，成為后鋰離子電池時期極具發(fā)展?jié)摿Φ碾姵伢w系之一。

目前，研究團隊和合作伙伴在鎂金屬二次電池領域發(fā)表了30余篇高影響力SCI論文，申請了十余項相關專利，基本形成了具有完全自主知識產(chǎn)權的鎂金屬電池核心技術在實際應用場景方面，團隊在中科院深海智能技術先導專項的指導下，突破了鎂金屬二次電池制造過程中的關鍵技術瓶頸，研發(fā)出能量密度為560瓦時/千克的單體電池基于單體電池設計組裝的鎂硫電池系統(tǒng)，不僅成功通過了深海高壓環(huán)境下的模擬壓力測試，還跟隨中科院深海所科考船，實現(xiàn)了在南海深海環(huán)境下穩(wěn)定工作30小時，成功實現(xiàn)了鎂金屬二次電池的示范應用目前，更大的應用示范項目也在籌備中

崔光磊表示，鎂二次電池的大規(guī)模應用雖然還處于探索的初級階段，但在提高安全性，降低成本，緩解二次電池污染等方面潛力巨大，有望在多個應用場景中部分替代鋰電池或鉛酸電池。