从实验室走向应用 镁电池正在慢慢冲击“后锂电池”时代
2022-11-09 15:15:36 admin
【化工仪器网 行业百态】电池是如今生活中常见的储能设备，大多数电池都具备操作简单性能稳定的优点，尤其是锰锌电池、铅蓄电池以及锂电池，它们已经渗透到我们生活中的每个角落，在各个领域发挥着重要作用。其中“锂电池”更被称之为“新时代的‘白色石油’”，在众多技术的加持下，开创了一个“锂走遍天下”的时代。
客观来讲，锂电池能够得到如今的发展，与环境背景下，碳基能源开始加速退出历史舞台有一定的关联。自从碳排放与重大环境问题(全球变暖)联系在一起之后，如何减少人类活动产生的碳排放成为一个迫切需要解决的问题。在这个环境下，电能的有效应用便成为突破口。而与其他电池相比，锂电池又具有高能量比、长寿命、高额定电压、高稳定性(具备高功率承受力的同时自放电率有很低)、温度适应性前等优势，自然会脱颖而出。
但是锂电池时代的推进却也不断地暴露了这种电池的致命缺陷——资源短缺、成本高。尽管全球已经探明的锂资源储量约有3978万吨，但具备商业开采价值的锂储备量仅仅只有1351.9万吨。此外，考虑到锂电池的生产工艺以及回收率，实际上可以用于生产锂电池的重要原材料——碳酸锂的资源储备其实相对短缺。并且由于短期内锂电池需求的不断增加，碳酸锂现货现货价格也开始不断走高。像最近，国内国内电池级碳酸锂每吨现货平均价格就飙升到61万元以上。诚然，考虑到后续工艺发展已经业界在电池回收项目上的持续推进，锂电池的资源利用率可能会上升，成本问题也可能因此得到有效解决。但现阶段来说，成本的增加正在刺激“后锂电池”时代的到来。寻找锂电池的替代品，或者说发展新的轻型高效能源电池成为了业内心照不宣的一个方向。
其中，镁离子电池成为“众望所归”。与锂相比，镁基储能材料有效资源储备丰富，并且成本更低，安全性也更高，更利于生产环保且高能量密度的电池。但是，由于镁离子具有高电荷密度、强极化效应以及较为缓慢的扩散动力，因此正极材料的选择成为镁离子电池诞生的关键性挑战。
而就在最近，这个挑战似乎得到了攻克。重庆大学材料科学与工程学院团队经过常年的研究，成功研发出了比容量高达到1200毫安时/克(mAh/g)的高容量复合硫材料，比容量能够达到250mAh/g的高倍率多孔硫化铜纳米球，以及能够实现3伏(V)电压，循环寿命达1万次的长寿命高电压锰基普鲁士蓝材料。这些材料均具备担当镁离子电池正极重任的实力。
此外，团队在电池的负极以及电解液上也收获了可观的成果。借助这些正极、负极以及电解液的成果，团队成功开发出安时级镁软包电池。更重要的一点是，这些成果能够作为镁电池开发的基础，帮助镁电池从实验室成果转向商品化发展。实际上这也并非“未来式”，因为团队已经开始和企业进行镁电池相关产品的合作了。预计在不久之后，我们就可以在电瓶车、路灯、旅游车等设备上，看到这类电池的身影。
不过镁电池只是新型储能科技中的一部分，实际上这个产业的发展还要复杂，而锂电池作为一项成熟的技术也不可能轻易被淘汰。而新老技术发展创新的目的，终究还是坚定坚信一条经济、环境、能源协调发展的可持续发展道路。
客观来讲，锂电池能够得到如今的发展，与环境背景下，碳基能源开始加速退出历史舞台有一定的关联。自从碳排放与重大环境问题(全球变暖)联系在一起之后，如何减少人类活动产生的碳排放成为一个迫切需要解决的问题。在这个环境下，电能的有效应用便成为突破口。而与其他电池相比，锂电池又具有高能量比、长寿命、高额定电压、高稳定性(具备高功率承受力的同时自放电率有很低)、温度适应性前等优势，自然会脱颖而出。
但是锂电池时代的推进却也不断地暴露了这种电池的致命缺陷——资源短缺、成本高。尽管全球已经探明的锂资源储量约有3978万吨，但具备商业开采价值的锂储备量仅仅只有1351.9万吨。此外，考虑到锂电池的生产工艺以及回收率，实际上可以用于生产锂电池的重要原材料——碳酸锂的资源储备其实相对短缺。并且由于短期内锂电池需求的不断增加，碳酸锂现货现货价格也开始不断走高。像最近，国内国内电池级碳酸锂每吨现货平均价格就飙升到61万元以上。诚然，考虑到后续工艺发展已经业界在电池回收项目上的持续推进，锂电池的资源利用率可能会上升，成本问题也可能因此得到有效解决。但现阶段来说，成本的增加正在刺激“后锂电池”时代的到来。寻找锂电池的替代品，或者说发展新的轻型高效能源电池成为了业内心照不宣的一个方向。
其中，镁离子电池成为“众望所归”。与锂相比，镁基储能材料有效资源储备丰富，并且成本更低，安全性也更高，更利于生产环保且高能量密度的电池。但是，由于镁离子具有高电荷密度、强极化效应以及较为缓慢的扩散动力，因此正极材料的选择成为镁离子电池诞生的关键性挑战。
而就在最近，这个挑战似乎得到了攻克。重庆大学材料科学与工程学院团队经过常年的研究，成功研发出了比容量高达到1200毫安时/克(mAh/g)的高容量复合硫材料，比容量能够达到250mAh/g的高倍率多孔硫化铜纳米球，以及能够实现3伏(V)电压，循环寿命达1万次的长寿命高电压锰基普鲁士蓝材料。这些材料均具备担当镁离子电池正极重任的实力。
此外，团队在电池的负极以及电解液上也收获了可观的成果。借助这些正极、负极以及电解液的成果，团队成功开发出安时级镁软包电池。更重要的一点是，这些成果能够作为镁电池开发的基础，帮助镁电池从实验室成果转向商品化发展。实际上这也并非“未来式”，因为团队已经开始和企业进行镁电池相关产品的合作了。预计在不久之后，我们就可以在电瓶车、路灯、旅游车等设备上，看到这类电池的身影。
不过镁电池只是新型储能科技中的一部分，实际上这个产业的发展还要复杂，而锂电池作为一项成熟的技术也不可能轻易被淘汰。而新老技术发展创新的目的，终究还是坚定坚信一条经济、环境、能源协调发展的可持续发展道路。
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