镁锌钠电池受追捧 无“锂”也能行天下

现在，锂电池已成为日常日子中不可或缺的设备，广泛应用于手机、电脑、可穿戴设备、新能源轿车等领域，几乎是“有锂走遍全国”。但锂电池也存在明显的缺陷：本钱高、且用于出产锂电池的原资料储量少等。

鉴于此，不少国家的政府和企业纷繁加快脚步，布局“后锂电池”时代，比方欧洲有些组织致力于研制镁电池和锌电池、宁德时代推出了钠电池等。正如《日本经济新闻》杂志网站在近日报导中指出的，围绕锂电池替代品的全球竞赛现已开始！

锂电池本钱高

锂电池诞生于上世纪60年代，上世纪90年代开始由日本索尼公司实现商业化，与其“前辈”镍氢电池、铅酸电池相比，能存储更多电能，现在现已飞入寻常百姓家，广泛应用于新能源轿车、个人电脑、智能手机等产品；它还可以储存太阳能和风能，让无化石燃料的国际成为可能。

鉴于锂电池为人类作出的巨大贡献，2019年，三位“锂电池之父”荣膺诺贝尔化学奖，锂电池也成为今天蓄电池职业的“当家花旦”。

但锂电池的最大缺陷便是本钱高。仅仅用在智能手机上还好，假如需求大规模储存电能的话，就需求相应的大型电池。日本经济产业省的资料显示，假如想让锂电池蓄电系统的蓄电本钱达到与抽水蓄能电站相等的2.3万日元（约合1280元人民币）/千瓦，简直便是痴人说梦。

此外，锂电池原资料锂、镍、钴的产地分布极度不均，且全球的锂和钴矿藏并不能彻底用于出产。锂在地壳中的储量为0.0065%，全球储量仅有8600万吨；相比之下，钠、镁、锌的储量要高得多：钠在地壳中的储量为2.74%，仅中国柴达木盆地的钠盐储量就达到3216亿吨；而镁在地壳中的含量更是高达13.9%。

候选元素远景看好

因而，科学家们将目光投向了镁、锌、钠等元素。

例如，英国剑桥大学、丹麦和以色列的知名理工科院校、德国和西班牙的研讨组织一起发起了一个名为“欧盟镁交互电池一起体”（E-Magic）的研讨项目。这个为期4年的前瞻性项目得到了欧盟的资金支撑，目标是研制能量密度超过1000瓦时/升（相当于锂电池2倍）的、对环境友好的可充电镁电池。

研讨人员称，这种电池以金属镁作为负极，由于一个镁离子携带两个电子，与只能携带一个电子的锂离子相比，镁电池的容量翻了一番，现在研制成功的镁电池现已可以重复充放电500次以上。

据悉，2020年，美国休斯顿大学姚彦教授课题组联合北美丰田研讨中心成功研制出一种十分有远景的高能量镁电池，其潜在应用范围包括电动轿车、可再生能源系统的储电池等。虽然眼下这款电池接连充放电只有200余次，但研讨团队以为，他们已为更安全、功能更高的镁电池找到了研讨方向：正极运用有机化合物、负极运用芘四酮（PTO）实现快速且可逆的氧化还原进程，基于硼团簇的弱配位电解质则使离子运动更快。这种先进的阴极和电解质规划对镁电池的发展具有严重的指导意义，并将加快镁电池技能的商业化脚步。

此外，日本东京都立大学教授金村圣志野研制出正极运用氧化锰、负极运用金属镁的电池。《日本经济新闻》报导指出，虽然与锂电池相比，现在镁电池的功能还处于较低水平，但其潜力值得发掘。未来，研讨人员将着重处理电解液的改性问题，并加强电极资料的研讨。

和镁相同有目共睹的还有锌。日本东北大学小林弘明副教授和本间格教授研制的新式锌离子电池运用水溶液作为电解液，取代了传统的有机溶剂，降低了电池起火的危险。来自美国西北太平洋国家实验室和德国明斯特大学的研讨人员也合作研制出一种“锌金属双离子电池”，该电池由锌阳极、天然石墨阴极和双离子盐水溶液组成。

本年7月，中国宁德时代公司发布了一款钠电池，具备迄今全球最高的能量密度和超快充特性（15分钟可充电80%），估计宁德时代将不断提高钠电池的能量密度，并有望于2023年形成根本产业链。

锂电池挖潜大有可为

虽然各种替代性技能研讨如火如荼，但从现在的发展情况来看，无论是镁电池、锌电池仍是钠电池，在技能和资料方面仍有许多难题需求处理。比方，镁离子体积小、电荷密度大、极化作用强，难以插入到大都基质中去，较难形成嵌入式化合物。因而，可供选择的正极资料受限。

鉴于此，也有科学家致力于深化发掘锂电池的潜能，改善锂电池的功能，研制质量更好的锂电池。

据日媒报导，日本汤浅公司与关西大学合作，开宣布一款以硫作为正极活性物质的锂硫电池，其质量能量密度可达现有锂电池的2倍左右——现在常用于纯电动轿车的锂电池质量能量密度约为200—300瓦时/千克，而此次开发的锂硫电池质量能量密度则超过了370瓦时/千克。

研讨人员解释说，理论上相同尺度情况下，锂硫电池的容量可达传统锂电池的8倍，但却存在电导率低、中间产物易溶于电解液等问题，而他们最新研制出的锂硫电池采用了有微孔的碳粒，规避了上述两个问题。汤浅公司表明，希望到2023年能将其锂硫电池的质量能量密度提至500瓦时/千克。