虽然锂离子电池为当今储能主力, 但目前仍有许多研究团体与厂商试图找出比锂电池更稳定与有效的储能技术, 美国能源部国家再生能源实验室(NREL)近日便成功研发出镁固态电池, 且该电池原型能量密度与材料成本皆比锂离子电池佳.
镁地球蕴含量比锂矿更丰富, 成本更低, 电量也标榜为锂电池的两倍, 但仍有诸多障碍待跨越.
照理来说电池离子可透过电解质在正负极之间流动, 借由电化学反应为电池供电, 且该反应必须是可逆的, 不然无法为电池充电, 但镁电池中的碳酸盐(carbonate)电解质在充放电循环中容易在镁表面形成阻挡层, 阻碍电池充电.
虽然镁也可以透过高腐蚀性液态电解质充放电, 但假如采用腐蚀性电解质, 镁电池将无法在高电压下运作, 也有安全疑虑. 因此 NREL 研发新型电解质, 将聚丙烯腈(polyacrylonitrile )与镁离子盐(magnesium-ion salt)混合成固态电解质, 可保护镁阳极并提升电池性能.
目前研究人员已成功打造镁固态电池原型, 研究更指出, 被保护的镁阳极也可在碳酸盐电解质中充电, 且可提供更多能量. 此外, 研究团队除了成功研发出可循环充电的镁电池, 也提供阳极与电解质不相容解决途径跟破解阴极对离子的局限.
镁本地球的含量相当丰富, 蕴藏量排名第八, 且镁为碱土金属, 价电子数为 2, 与价电子数为 1 的锂相比, 可提供近两倍电量, 再加上镁不会生成枝晶, 电池不会有爆炸风险. 假如镁电池成功推行并商业化, 对需求量快速攀升的电池市场大有裨益.
「身为科学研究者, 我们总是在想下一步要做什么?」NREL 材料科学科学家 Chunmei Ban 表示, 居于储能主导地位的锂离子电池电量已逐渐达到顶峰, 因此迫切需要找出新一代储能技术, 而新型电池还必须能以更低成本提供更多电量. NREL 科学家 Seoung-Bum Son 则指出, 这项发现有助为镁电池未来铺路.
