業(yè)界普遍認為，擁有相對安全和高能量密度的鎂電池在多個應用場景下都有望替代鋰電池，成為下一代高性能電池。
在儲能需求高漲的當下，電池技術呈現(xiàn)多元化發(fā)展，除主流鋰電池外，鎂、鈉等新興材料也在電化學領域迎來前所未有的發(fā)展動力。業(yè)界普遍認為，擁有相對安全和高能量密度的鎂電池在多個應用場景下都有望替代鋰電池，成為下一代高性能電池。
技術頻獲突破
近日，日本東北大學研究人員宣布，開發(fā)了一種可充電鎂電池陰極材料，即使在低溫條件下也能夠實現(xiàn)高效充放電。
日本東北大學材料研究所研究人員在《材料化學雜志》上發(fā)表了上述成果，提出一種新型巖鹽結構作為鎂電池負極，有助于鎂離子在電池中擴散，從而提高鎂離子在電池中的活力。利用最新的巖鹽材料，該款鎂離子電池能夠在90攝氏度下有效工作，與以往鎂離子電池的工作溫度相比明顯下降。
日本東北大學材料研究所教授Tetsu Ichitsubo表示，這項研究克服此前電池的材料性能限制，為下一代電池研發(fā)應用鋪平了道路，更有望對技術、環(huán)境和社會產生重大影響。
在電化學儲能需求高漲的當下，電池技術已不再局限于鋰電池，成本相對更低、安全系數(shù)相對更高的鎂電池也獲得更多關注，實際上，以鎂基為材料的電池在近年來不斷發(fā)展。
今年2月，澳大利亞RMIT大學研究人員宣布，以鎂、鋅等金屬為材料設計了一種“鎂水電池”，該款電池使用水替代傳統(tǒng)有機電解液，不僅擁有更高安全性能，還具有可拆卸、可回收的特性。據(jù)悉，鎂離子電池在充放電循環(huán)過程中負極不會出現(xiàn)類似鋰枝晶的“鎂枝晶”，可避免出現(xiàn)鋰電中的鋰枝晶生長刺穿隔膜并導致電池短路起火爆炸的情況。
該款電池研發(fā)人員表示，最新研發(fā)的“鎂水電池”可實現(xiàn)安全拆卸，憑借其安全特性，隨著技術進步，戶用儲能、便攜設備等小型儲能設備中都可能實現(xiàn)應用。
材料供應鏈優(yōu)勢明顯
根據(jù)國際能源署最新數(shù)據(jù)，過去幾年，電池儲能技術發(fā)展速度空前，2023年，全球儲能電池部署規(guī)模同比增速達到130%，電網側儲能、可再生能源發(fā)電側儲能、戶用儲能、移動儲能應用需求均高速上漲。
但是，國際能源署指出，鋰離子電池應用規(guī)模的擴大很大程度上受限于上游資源，鋰資源分布并不均衡，同時鋰離子電池的回收和再利用成本也相對較高，都成為鋰離子電池擴大應用的瓶頸所在。
非鋰電池技術的發(fā)展應運而生，鎂離子便是一個范例。在業(yè)界看來，鎂離子電池的一個重要優(yōu)勢是更為穩(wěn)定的供應鏈基礎。日本東北大學材料研究所教授Tomoya Kawaguchi認為，鋰資源稀缺且分布不均，而鎂資源相對更為豐富，鎂離子電池的出現(xiàn)，為鋰離子電池提供了更可持續(xù)和更具成本效益的替代品。從研發(fā)情況來看，鎂電池有望在各種下游應用中發(fā)揮關鍵作用，包括電網側儲能、電動汽車甚至便攜式電子設備，將為全球向可再生能源過渡和減少碳足跡作出貢獻。
中國工程院院士、重慶大學教授潘復生曾指出，稀土、鎂和釩鈦都是我國富有的戰(zhàn)略資源。目前，我國在稀土、鎂、釩鈦等固態(tài)儲氫方面有好的工作基礎，特別是稀土固態(tài)儲氫和鎂固態(tài)儲氫領域都處于世界領先水平。
市場研究機構首創(chuàng)證券也指出，鎂具有易提取、分布廣泛的特性，在制成鎂電池后，其潛在成本優(yōu)勢及資源安全屬性均高于鋰電池。
有望替代鋰電池
除了顯著的供應鏈優(yōu)勢，鎂離子電池的高能量密度同樣受到關注。數(shù)據(jù)顯示，作為二價金屬，與一價鋰、鈉相比，鎂離子可以攜帶和存儲更多電荷，理論能量密度可達到鋰離子電池的1.5倍左右。
上述“鎂水電池”研發(fā)人員指出，最新研發(fā)的鎂電池與鋰電池相比有更長的工作時長和使用壽命，在下游應用過程中可適應更高強度使用。從目前實驗情況來看，該款電池還能與光伏組件進行整合，已有數(shù)據(jù)證明該款電池在可再生能源發(fā)電儲能場景中具有應用潛力。
首創(chuàng)證券預測稱，鎂離子電池的特性與儲能場景要求高度貼合，未來鎂電池在儲能電池、動力電池、電動工具等應用場景中有望替代傳統(tǒng)鋰電池和鉛酸電池。
實際上，發(fā)展新一代高效、環(huán)保、安全的電池已成為全球電池產業(yè)發(fā)展重點。去年，我國科技部發(fā)布“高端功能與智能材料”重點專項，布局了兩項鎂合金儲能研發(fā)計劃，其中就包括“高比能長壽命鎂二次電池關鍵材料與技術”，擬開發(fā)鎂為負極的二次電池技術。
歐盟委員會也成立了“歐洲鎂電池社區(qū)”，表示將持續(xù)推動可充放電的鎂離子電池發(fā)展，研發(fā)出能量密度在400瓦時/千克以上、成本在100歐元/千瓦時以下的電池產品。
《中國能源報》記者了解到，除了鎂離子電池外，全固態(tài)電池、鈉離子電池、全釩液流電池等新興技術都在持續(xù)推進，電池技術邊界正不斷擴展。
