研究人員認(rèn)為，雖然鎂和其它多價(jià)金屬在高密度儲(chǔ)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(wèn)題。

鋰離子電池因其高能量密度而被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、筆記本電腦和電動(dòng)汽車等產(chǎn)品中。然而，隨著電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域的快速發(fā)展，研究人員已經(jīng)開(kāi)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(chǔ)行業(yè)。

美國(guó)休斯敦大學(xué)官網(wǎng)7月17日?qǐng)?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(lái)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(shuō)：“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(shì)和常見(jiàn)誤區(qū)。在能源密度競(jìng)賽中，多價(jià)金屬離子電池最好被視作大規(guī)模儲(chǔ)能的替代解決方案，而非鋰電池的直接競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。”

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

Yao等撰寫(xiě)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(kāi)始表現(xiàn)出對(duì)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(duì)多價(jià)金屬電池預(yù)期能量密度的評(píng)估局限于金屬陽(yáng)極，這往往會(huì)導(dǎo)致誤導(dǎo)性結(jié)論。研究人員對(duì)陰極和陽(yáng)極展開(kāi)重新評(píng)估，可使多價(jià)金屬電池在能量存儲(chǔ)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(yáng)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(yáng)極材料還有很多不確定性。

（5）研究人員對(duì)電解質(zhì)溶液和相關(guān)界面現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)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(yáng)極材料需要考慮更多不常見(jiàn)的問(wèn)題，其離子存儲(chǔ)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(cuò)誤解釋廣泛存在。

研究人員還列出了建議，認(rèn)為以下針對(duì)性研究可顯著改善未來(lái)電池性能：

（1）更好地理解金屬陽(yáng)極的生長(zhǎng)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(píng)估金屬陽(yáng)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(chǔ)機(jī)制。

（4）尋找更好的陰極材料設(shè)計(jì)方案。