鋰離子電池每天給我們的手機(jī)、電腦、電動汽車供應(yīng)動力，但是，鋰資源也面對儲量有限且分布不均的問題，難以滿足未來大規(guī)模儲能要求。科學(xué)家們將研究目標(biāo)轉(zhuǎn)向了其他低成本的金屬元素，比如鎂離子電池。

近日，中科院深圳先進(jìn)院唐永炳研究團(tuán)隊研發(fā)出首個新型鎂基雙離子電池。團(tuán)隊成員張帆博士告訴深圳商報記者：“不同于傳統(tǒng)的鋰離子電池，石墨通常作為其負(fù)極材料，此次研發(fā)的鎂基雙離子電池，是將石墨材料用到了正極上。”

傳統(tǒng)的鋰離子電池，常用正極材料是鈷酸鋰等含鋰化合物，負(fù)極材料重要為石墨。電解液一般采用含有鋰鹽的有機(jī)溶劑。充電的時候，鋰離子從正極材料中“跑”出來，經(jīng)過電解液，運動到負(fù)極進(jìn)行反應(yīng)；放電的時候則是從負(fù)極運動到正極。

“鋰離子電池能量密度高、使用壽命長，因此得以大規(guī)模應(yīng)用，但是由于儲量有限，人們要研發(fā)其他種類的電池。”張帆告訴記者，“鎂離子電池具有高容量、儲量豐富等優(yōu)勢，在大規(guī)模儲能領(lǐng)域有良好應(yīng)用前景。”

有關(guān)鎂離子電池的研究目前尚處于初級階段，離商用還有一段距離，還有技術(shù)問題要攻克。“鎂離子電池中的金屬鎂負(fù)極在傳統(tǒng)有機(jī)電解液中易發(fā)生鈍化，導(dǎo)致鎂離子不能可逆沉積/溶解。此外，還缺乏可逆脫嵌鎂離子的正極材料。”張帆解釋道，“也就是說，還沒有找到可商用的正極材料和電解液，可以讓鎂離子‘自由活動’，導(dǎo)致目前的鎂離子電池可逆充放電性能差。”

針對以上問題，唐永炳團(tuán)隊研發(fā)出新型鎂基雙離子電池，采用一種PTCDI小分子有機(jī)材料作為負(fù)極，石墨材料則作為正極。此外，將含有鎂鹽的離子液體作為電解液。

“在單離子電池如鋰離子電池中，電解液中的鋰離子會在正負(fù)極之間移動，就像搖椅相同來回晃動。而雙離子電池中，則是電解液中的陽離子和陰離子同時分別移動到負(fù)極材料和正極材料上，發(fā)生電化學(xué)氧化還原反應(yīng)，從而實現(xiàn)充放電。”張帆解釋道。

據(jù)悉，團(tuán)隊的研究結(jié)果表明，該鎂基雙離子電池具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能，20C的高倍率充放電容量保持率為85%，在5C倍率下循環(huán)500次后的容量保持率為95.7%。張帆表示，該項研究為發(fā)展新型鎂離子電池供應(yīng)了新的思路，未來在大規(guī)模儲能領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。

負(fù)極材料用在正極