研究人員認(rèn)為，雖然鎂和其它多價(jià)金屬在高密度儲能方面表現(xiàn)出了巨大潛力，但在實(shí)際應(yīng)用中還存在許多問題。

鋰離子電池因其高能量密度而被廣泛應(yīng)用于移動電話、筆記本電腦和電動汽車等產(chǎn)品中。然而，隨著電網(wǎng)規(guī)模儲能領(lǐng)域的快速發(fā)展，研究人員已經(jīng)開始尋找更廉價(jià)、更易得的鋰替代品。多價(jià)金屬電池有可能徹底改變能量存儲行業(yè)。

美國休斯敦大學(xué)官網(wǎng)7月17日報(bào)道，研究人員在《自然·能源》雜志發(fā)文綜述了目前多價(jià)金屬離子電池的研究現(xiàn)狀，并為未來工作提供了路線圖。他們認(rèn)為，基于鎂、鈣、鋅和鋁等多價(jià)金屬的電池既有良好的應(yīng)用前景，也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

休斯敦大學(xué)副教授、德州超導(dǎo)中心首席研究員、論文作者YanYao說：“在這篇論文中，我們闡述了多價(jià)金屬電池的關(guān)鍵優(yōu)勢和常見誤區(qū)。在能源密度競賽中，多價(jià)金屬離子電池最好被視作大規(guī)模儲能的替代解決方案，而非鋰電池的直接競爭對手?！?/p>

研究人員還分析了金屬陽極的生長行為。Yao表示，雖然鎂是一種很有前途的材料，但它無法在平板上保持無枝晶形態(tài)。他說：“鎂只能在特定的電解質(zhì)溶液中才不會發(fā)生副反應(yīng)，活性金屬表面不會鈍化，鎂電鍍-剝離的庫倫效率接近統(tǒng)一?！?/p>

Yao等撰寫的論文的關(guān)鍵點(diǎn)包括：

（1）鋰的可用性和成本引人擔(dān)憂，研究人員開始表現(xiàn)出對多價(jià)金屬電池技術(shù)的興趣。

（2）多家金屬離子電池工作原理與鋰離子電池有諸多相似之處，因此有望迅速被工業(yè)界采用。

（3）此前對多價(jià)金屬電池預(yù)期能量密度的評估局限于金屬陽極，這往往會導(dǎo)致誤導(dǎo)性結(jié)論。研究人員對陰極和陽極展開重新評估，可使多價(jià)金屬電池在能量存儲領(lǐng)域的地位進(jìn)一步提升。

（4）直接使用多價(jià)金屬作為陽極是滿足電池安全性和能量密度需求的重要方面，但圍繞這種陽極材料還有很多不確定性。

（5）研究人員對電解質(zhì)溶液和相關(guān)界面現(xiàn)象的認(rèn)識正在逐步深入，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

（6）尋找好的多價(jià)金屬電池陽極材料需要考慮更多不常見的問題，其離子存儲機(jī)制遠(yuǎn)比鋰離子電池復(fù)雜。陰極材料化學(xué)理論的錯誤解釋廣泛存在。

研究人員還列出了建議，認(rèn)為以下針對性研究可顯著改善未來電池性能：

（1）更好地理解金屬陽極的生長行為。這是實(shí)現(xiàn)鋰離子電池安全承諾的關(guān)鍵步驟。

（2）正確評估金屬陽極與電解質(zhì)溶液的相容性，以及保護(hù)涂層的有效性。

（3）正確解釋陰極離子存儲機(jī)制。

（4）尋找更好的陰極材料設(shè)計(jì)方案。