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镁应用

日本东北大学研发出正极材料，让镁电池“超越锂电池”

发布时间：2023-04-10 作者：综合管理部




日前，日本东北大学讲师小林弘明等人开发出了一种能提高使用镁的新一代蓄电池性能的正极材料。研究团队使用了一种优化过结构的氧化物，在室温条件下获得了约为锂离子电池1.5倍的正极容量。新研发的电池性能和安全性也高于锂离子电池，该成果将有助于降低原材料供应风险和蓄电池开发成本。

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东北大学开发的正极材料㊨和电池单元（供图：东北大学）
镁电池是挑战“后锂离子时代”电池宝座的新一代蓄电池候选者之一。它主要有两个优点。
一是原材料供应风险低，成本也容易降低。与使用钴和锂等稀有金属的锂离子电池不同，它可以完全不使用稀有金属，而以资源丰富的镁为主要材料。
二是安全性和高性能。为了避免在负极析出被称为“枝晶”的针状金属导致的短路现象，锂离子电池的负极使用碳材料而不是金属。这成为提高能量密度的一个阻碍。另一方面，镁虽然是金属，但即使用于负极也不易产生枝晶，且易于在保持安全性的同时提高能量密度。从理论上讲，可以获得超过锂离子电池的能量密度。
镁电池的课题在于正极材料。镁蓄电池正极的开发此前一直以硫化物材料为主，但动作电压低，能量密度也很难提高。虽然替换成氧化物就可以提高能量密度，但随之而来的缺点是氧化物离子会妨碍充放电时镁离子进出正极内部。

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东北大学开发的正极材料电子显微镜图像（供图：东北大学）
本次研究中，通过在使氧化物颗粒变小的同时形成具有多空洞的“多孔质”结构，使得镁离子更易于嵌入或脱离正极。粒径尺寸小于2.5纳米（1纳米为10亿分之1米），约缩小到了传统氧化物材料的1/4。通过采用多孔质结构，表面积增加至大约5倍。
这一结果将室温条件下的正极容量提高到了锂离子电池常用正极材料的约1.5倍。小林讲师表示，“通过结合微粒子化和多孔质化两种技术，使我们突破了以往的瓶颈。”该研究是与庆应义塾大学、东京农工大学、名古屋工业大学共同进行的。
目前的课题是，还需要将2到3小时的充电时间缩短为与常用蓄电池相同的1小时左右。今后，研究团队将对正极的制造方法进行改进，并继续探讨诸如为使其具有导电性而加入碳的混合方法以及加入的数量等。
本次研发中所采用的技术还可用于废气催化剂和二氧化碳吸附剂等蓄电池以外的用途。小林讲师表达了对该技术应用前景的期待，“催化剂和吸附剂的活性有可能提高数倍，还将有助于脱碳”。（日经产业新闻）



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