雖然鋰離子電池為當今儲能主力, 但目前仍有許多研究團體與廠商試圖找出比鋰電池更穩定與有效的儲能技術, 美國能源部國家再生能源實驗室(NREL)近日便成功研發出鎂固態電池, 且該電池原型能量密度與材料成本皆比鋰離子電池佳.
鎂地球蘊含量比鋰礦更豐富, 成本更低, 電量也標榜為鋰電池的兩倍, 但仍有諸多障礙待跨越.
照理來說電池離子可透過電解質在正負極之間流動, 藉由電化學反應為電池供電, 且該反應必須是可逆的, 不然無法為電池充電, 但鎂電池中的碳酸鹽(carbonate)電解質在充放電迴圈中容易在鎂表面形成阻擋層, 阻礙電池充電.
雖然鎂也可以透過高腐蝕性液態電解質充放電, 但假如採用腐蝕性電解質, 鎂電池將無法在高電壓下運作, 也有安全疑慮. 因此 NREL 研發新型電解質, 將聚丙烯腈(polyacrylonitrile )與鎂離子鹽(magnesium-ion salt)混合成固態電解質, 可保護鎂陽極並提升電池性能.
目前研究人員已成功打造鎂固態電池原型, 研究更指出, 被保護的鎂陽極也可在碳酸鹽電解質中充電, 且可提供更多能量. 此外, 研究團隊除了成功研發出可迴圈充電的鎂電池, 也提供陽極與電解質不相容解決途徑跟破解陰極對離子的局限.
鎂本地球的含量相當豐富, 蘊藏量排名第八, 且鎂為堿土金屬, 價電子數為 2, 與價電子數為 1 的鋰相比, 可提供近兩倍電量, 再加上鎂不會生成枝晶, 電池不會有爆炸風險. 假如鎂電池成功推行並商業化, 對需求量快速攀升的電池市場大有裨益.
「身為科學研究者, 我們總是在想下一步要做什麼?」NREL 材料科學科學家 Chunmei Ban 表示, 居於儲能主導地位的鋰離子電池電量已逐漸達到頂峰, 因此迫切需要找出新一代儲能技術, 而新型電池還必須能以更低成本提供更多電量. NREL 科學家 Seoung-Bum Son 則指出, 這項發現有助為鎂電池未來鋪路.
