美國能源部可再生能源實驗室（NREL）的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種制造可充電無水鎂電池的新方法。該論文近期刊登在Nature Chemistry上并引起了轟動，論文詳細闡述了科學(xué)家開發(fā)鎂在無腐蝕性碳基電解質(zhì)中發(fā)生可逆化學(xué)反應(yīng)的過程，并且該過程通過了接下來的測試。比起鋰離子電池，該技術(shù)具有更有潛力的優(yōu)勢——其中較大的優(yōu)勢是具有更高的能量密度、更強的穩(wěn)定性和更低的成本。

    Seoung-Bum Son、Steve Harvey、 Andrew Norman和Chunmei Ban是NREL的研究人員，同時也是Nature Chemistry白皮書《碳酸鹽中人造可逆的鎂化學(xué)反應(yīng)》的合作者，他們利用飛行時間二次離子質(zhì)譜儀來輔助自己的研究工作。該設(shè)備可以幫助他們在納米尺度上研究材料退化和失效機制。

    Chunmei Ban表示：“作為科學(xué)家，我們總是在想接下來會發(fā)生什么。”她認為，在市場上占主導(dǎo)地位的鋰離子電池技術(shù)已經(jīng)觸摸到了技術(shù)上的天花板，因此，迫切需要探索新的化學(xué)電池技術(shù)，以更低的成本提供更多的能量。

    Seoung-Bum表示：“這一發(fā)現(xiàn)將為鎂電池的設(shè)計提供新的途徑。”當(dāng)離子從負極流向正極時，電化學(xué)反應(yīng)就會使電池產(chǎn)生能量。對于鋰電池來說，電解液是含有鋰離子的鹽溶液。而電池技術(shù)的關(guān)鍵在于化學(xué)反應(yīng)必須是可逆的，只有這樣電池才能實現(xiàn)充電過程。

    理論上講，同體積的鎂電池所能儲存的能量幾乎是鋰離子電池的兩倍。但是之前的研究遇到了一個難題：傳統(tǒng)的碳酸鹽電解質(zhì)會因為化學(xué)反應(yīng)在鎂表面形成一道屏障，這會阻礙電池的充電過程。鎂離子可以通過高腐蝕性的液體電解質(zhì)流向相反的方向，但這也打消了高壓鎂電池的可能性。

    而為了解決這個難題，研究人員開發(fā)了一種由聚丙烯腈和鎂離子鹽組成的人工固體電解質(zhì)夾層，這可以保護鎂陽極表面。而終這種受保護陽極的性能也得到了改善。

    科學(xué)家們組裝了標(biāo)準(zhǔn)電池，證明了人工中間相的有效性，而終的結(jié)果也令人十分欣喜，鎂在具有保護陽極的電池的碳酸鹽電解質(zhì)中發(fā)生了可逆化學(xué)反應(yīng)，這一現(xiàn)象是鎂電池領(lǐng)域的首次發(fā)現(xiàn)。與沒有保護陽極的原型電池相比，帶有保護陽極的鎂電池可以提供更多的能量，并且可以維持周期性的充放電過程。此外，該科研小組還充分展示了鎂電池的充電能力，這也首次為解決陽極/電解質(zhì)不相容問題以及離子離開陰極受到限制的問題提供了解決方法。

    與鋰相比，鎂的獲取范圍更廣，并且與鋰電池這種更成熟的電池技術(shù)相比，鎂電池還具有其他的潛在優(yōu)勢。首先，鎂可以釋放兩個電子，這是鋰的兩倍，這使得它可以產(chǎn)生幾乎兩倍于鋰的能量。其次，鎂電池中沒有枝晶的生長，這種枝晶很容易導(dǎo)致短路，從而導(dǎo)致過熱甚至事故的發(fā)生，這種特質(zhì)使得鎂電池比鋰離子電池更加安全。