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      Q&A:鎂會成為電池的未來嗎?阿貢化學家Brian Ingram對此發表意見

      放大字體  縮小字體 發布日期:2022-03-17
       一種豐富的元素可能是高能量電池的關鍵。

      盡管鋰離子電池可以為手機、筆記本電腦和電動汽車提供動力,科學家們仍在尋找新的電池化學物質,為電池提供更高的能量、更高的穩定性和更長的使用壽命。鎂是一種潛在的有希望的元素,它可能構成新電池的基礎。

      阿貢化學家Brian Ingram致力于鎂離子電池研究。在他來看,鎂離子電池終有一天會在未來提供動力方面發揮重要作用。

       

      鎂或成為超越鋰離子技術的新電池的基礎。(照片由Shutterstock/tunasalmon提供)

      Q:我們為什么需要超越鋰離子電池呢?

      A:鋰離子電池可以滿足當今對個人電子和電動汽車等許多應用。然而,隨著儲能在其他應用上的持續發展,特別是未來脫碳方面,儲能將面臨新技術與成本方面的挑戰,這要求我們尋找更低廉的電池、更好的供應鏈、更快的充電速度、更長時間的放電,提供安全性能并延長電池生命周期。作為電池研究人員,我們需要開發不同種類的電池,以滿足不同的應用需求,允許市場選擇合適的技術,并使更好的材料供應鏈成為可能,防止電池大規模生產而導致更高的成本。

      Q:鎂離子電池有可能克服哪些挑戰呢?

      A:在交通領域,目前用于個人車輛上的鋰離子電池面臨兩項挑戰。首先,可持續性影響和鈷等元素的數量限制了其可擴展性;其次,將儲能擴展到長途卡車、鐵路、海運以及航空領域將需要比鋰離子更高的能量密度。從鋰離子電池轉向低成本、更可持續、高性能電池將提高儲能的選擇。

      Q:鎂離子的優勢是什么?

      A:鎂離子電池在儲能上是一種具有潛力的化學物質。鎂電池具有潛在優勢,因為鎂具有更加穩定的供應鏈,具有可持續性,原材料成本或許低于先進鋰離子電池。

      Q:是什么使鎂離子電池不同于鋰離子電池?

      A:鎂離子的理論能量密度至少是與鋰離子電池相當的,然而有可能實現比鋰更高的能量密度,因為每個鎂離子上的電子都是鋰離子的兩倍。鎂也是比鋰更豐富的元素,有助于建立更穩定的供應鏈。

      Q:鎂離子電池是如何工作的?

      A:原則上,鎂離子電池的功能與目前的鋰離子電池非常相似。鎂離子在陽極(由鎂金屬制成)與陰極(由金屬氧化物材料制成)之間移動。使電子繞著外部電路快速移動,提供電力。

      Q:鎂離子電池有什么缺點嗎?又會面臨什么挑戰呢?

      A:不幸的是,鎂離子電池在成為鋰離子電池的商業競爭對手之前,面臨一些科學方面與技術方面的挑戰。這些挑戰基本上來自鎂是攜帶大量電荷的小離子這一現實。這會導致鎂離子與周圍材料發生許多不必要的相互作用。

      例如,將鎂從電解液轉移到固體電極需要更多的能量,通常會導致“寄生”反應與儲存電荷的過程之間的競爭,從而限制了電池的壽命。此外,鎂在所有材料中的移動都比鋰遲緩。因此,充電速度也受到限制。我們仍舊在尋找克服這些困難的方法,這就是研究的意義所在。

      Q:鎂離子電池將意味著什么?

      A:現在說這個還為時尚早,但還需要更多的研究。因為上述挑戰的確存在,鎂離子電池雖有著巨大潛力,但還有更多的不確定性。要提供令人信服的證據,要證明能量實際上是由金屬氧化物正極儲存和釋放的,仍需要完成更多研究。我們的團隊最近完成了一項研究,并建議科學界采取行動,使‘鎂離子能夠儲能’這一結論令人信服。通過這樣做,我們澄清了聯合儲能研究中心(Joint Center for Energy Storage Research)、阿貢其他地方以及其他機構在不到十年的時間里取得的重大突破,并期待著在這一進展的基礎上再接再厲。

      Q:除了鎂以外,還有什么其他元素是我們應該關注的嗎?

      A:鈣也是一種具有潛力的材料,具有與鎂一樣的很多優勢,但初步研究證明鈣是更具有移動性的離子。我們對鈣的研究處于早期階段,仍在探索許多開放性問題與科學挑戰。

       

      中國化學與物理電源行業協會 楊柳

      2022.3.16

       
      關于我們:中國化學與物理電源行業協會(China Industrial Association of Power Sources,縮寫:CIAPS) 是由電池行業企(事)業單位自愿組成的全國性、行業性、非營利性的社會組織。協會成立于1989年12月,現有530多家會員單位,下設堿性蓄電池與新型化學電源分會、酸性蓄電池分會、鋰電池分會、太陽能光伏分會、干電池工作委員會、電源配件分會、移動電源分會、儲能應用分會、動力電池應用分會和電池隔膜分會等十個分支機構。
      本會專業范圍包括:鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、氫鎳蓄電池、鋅錳堿錳電池、鋰一次電池、鋰離子電池、太陽電池、燃料電池、鋅銀電池、熱電池、超級電容器、溫差發電器及其他各種新型電池、電池系統解決方案,以及各類電池用原材料、零配件、生產設備、測試儀器和電池管理系統等。

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