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镁科研

海上风电海水制镁，镁获取成本下降一半，镁电池取代锂电池指日可待

发布时间：2023-01-31 作者：综合管理部

锂电池是目前日常生活中必不可少的用品，无论是手机、电脑、可穿戴设备还是新能源汽车等等。但随之而来的是外界对锂电池资源的担忧，尤其是今年锂电池相关原材料价格出现飞涨，逼迫各国纷纷加快研究并布局“后锂电池”时代。



世界多国下注镁电池

《日本经济新闻》网站20日以《锂电池何时被超越？》为题报道称，英国剑桥大学、丹麦及以色列的知名工科大学以及德国、西班牙的研究机构组成的联合研究团队“E-Magic”在欧盟的资金支持下，正以2030年为目标，加快开发突破性的高容量、环保性更好的镁电池和锌电池。


报道称，锂电池最早在20世纪90年代开始由日本索尼公司实现商用化，它比之前的镍氢电池、铅酸电池能存储更多电能，如今已经在新能源汽车、个人电脑、智能手机等产品上得到普及，相关研究还在2019年获得诺贝尔化学奖。但锂电池的最大缺点就是成本高。报道举例称，如果将锂电池作为大规模储存太阳能或风能等可再生能源的储能电池，日本经济产业省的资料显示，想将其成本降到跟水力发电相当的每千瓦时2.3万日元的水平“是白日做梦”。


因此“后锂电池”时代的主要目标是压缩成本和提高耐用性。“E-Magic”瞄准了成本更低的镁电池。镁离子可以携带2个正电荷，而锂离子只能携带1个，因此理论上镁电池的能量密度可以比锂电池更大。目前实验室的镁电池已经能反复充放电超过500次。研究人员将致力于改进电解液及开发新的电极材料。同时丰田的北美研究所和美国休斯敦大学也在开发新型镁电池，它的电极正极材料采用有机化合物，电解质采用硼。虽然这种镁电池目前只能充放电200次，但研究团队称“已经找到了开发出高稳定性、高性能电池的方向”。


除了镁电池外，报道提到日本东北大学的小林弘明助教和本间格教授也在开发新型锌电池，他们用水溶液取代有机溶剂作为电解液，降低了火灾事故的风险，由于其成本低，未来有望用于储能可再生能源电力。



中国的研究已经取得突破性进展

中国镁电池的研究和加工方面已经处于世界领先水平，重庆大学国家镁合金工程技术研究中心建有世界上最大的镁电池研究团队和镁固态储氢团队，已开发多种镁离子电池和储氢密度高达6.1wt%、高安全性的新型储氢材料。不久前，重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心联合广东国研、广东省科学院等单位合作完成的“镁离子电池”项目荣获2022年国际 “镁未来技术奖”。这为镁离子电池替代锂电池增加了新的可能，也激发了业界新的期待。


镁电池的技术以及配套，近几年中国的研究也获得了重大突破，而研讨会重点就是要解决这些问题，实现镁电池的商用。


8月25日消息，工信部将继续会同有关部门进一步加强盐湖资源高效开发、综合利用等科技支撑工作，指导地方及企业做好氯产品等相关论证，开展无水氯化镁电解生产金属镁技术攻关，推动解决困扰盐湖资源开发利用的技术难题。

盐湖不止有锂金属，还有镁金属，镁金属开发技术得到突破，也将进一步加快镁电池商用的速度。



“镁电池”超越“锂电池”的明显优势

1、镁材料储量丰富

镁和锂其实都广泛存在于自然界，但在储量方面，镁矿有着绝对的优势，据悉，截至目前为止，全球已探明的锂矿资源储量为3.5亿吨，主要分布在智利、澳大利亚、阿根廷等国家，而仅我国已探明的镁矿资源储量就达到了36.42亿吨，全球的总量则要更多。还有一个在地球上镁取之不尽的宝库，就是海洋，海水中含镁非常丰富。


2、绿色无污染

现在的锂电池分为磷酸铁锂和三元锂两种，其中磷酸铁锂几乎无污染，但是三元锂电池中的锰、镍、钴属于是重金属，具有一定的毒性。相比之下镁电池除了材料本身无污染以外，电池的加工过程同样也很环保，同时镁及其化合物也都属于无毒或者低毒物质，对环境比较友好。


3、能量密度高

在前不久中科院的青岛能源所就已经研究出了能量密度高达560wh/kg的单体电芯，要知道如今以能量密度高而著称的三元锂电池，其能量密度最高也不到300Wh/kg，倘若将来镁电池能够应用到新能源汽车上，车辆的续航能力将会大幅增长。


4、使用寿命长

目前主流的三元锂电池和磷酸铁锂电池，使用寿命分别为2000次和3000次充放电循环，研究表明镁电池可以达到并超过3000次充放电循环，并且电池累计充放电2000次后，容量衰减也仅为15%。


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