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電池是如今生活中常見的儲(chǔ)能設(shè)備，大多數(shù)電池都具備操作簡單性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，尤其是錳鋅電池、鉛蓄電池以及鋰電池，它們已經(jīng)滲透到我們生活中的每個(gè)角落，在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。其中“鋰電池”更被稱之為“新時(shí)代的‘白色石油’”，在眾多技術(shù)的加持下，開創(chuàng)了一個(gè)“鋰走遍天下”的時(shí)代。
客觀來講，鋰電池能夠得到如今的發(fā)展，與環(huán)境背景下，碳基能源開始加速退出歷史舞臺(tái)有一定的關(guān)聯(lián)。自從碳排放與重大環(huán)境問題(全球變暖)聯(lián)系在一起之后，如何減少人類活動(dòng)產(chǎn)生的碳排放成為一個(gè)迫切需要解決的問題。在這個(gè)環(huán)境下，電能的有效應(yīng)用便成為突破口。而與其他電池相比，鋰電池又具有高能量比、長壽命、高額定電壓、高穩(wěn)定性(具備高功率承受力的同時(shí)自放電率有很低)、溫度適應(yīng)性前等優(yōu)勢，自然會(huì)脫穎而出。
但是鋰電池時(shí)代的推進(jìn)卻也不斷地暴露了這種電池的致命缺陷——資源短缺、成本高。盡管全球已經(jīng)探明的鋰資源儲(chǔ)量約有3978萬噸，但具備商業(yè)開采價(jià)值的鋰儲(chǔ)備量僅僅只有1351.9萬噸。此外，考慮到鋰電池的生產(chǎn)工藝以及回收率，實(shí)際上可以用于生產(chǎn)鋰電池的重要原材料——碳酸鋰的資源儲(chǔ)備其實(shí)相對短缺。并且由于短期內(nèi)鋰電池需求的不斷增加，碳酸鋰現(xiàn)貨現(xiàn)貨價(jià)格也開始不斷走高。像最近，國內(nèi)國內(nèi)電池級(jí)碳酸鋰每噸現(xiàn)貨平均價(jià)格就飆升到61萬元以上。誠然，考慮到后續(xù)工藝發(fā)展已經(jīng)業(yè)界在電池回收項(xiàng)目上的持續(xù)推進(jìn)，鋰電池的資源利用率可能會(huì)上升，成本問題也可能因此得到有效解決。但現(xiàn)階段來說，成本的增加正在刺激“后鋰電池”時(shí)代的到來。尋找鋰電池的替代品，或者說發(fā)展新的輕型高效能源電池成為了業(yè)內(nèi)心照不宣的一個(gè)方向。
其中，鎂離子電池成為“眾望所歸”。與鋰相比，鎂基儲(chǔ)能材料有效資源儲(chǔ)備豐富，并且成本更低，安全性也更高，更利于生產(chǎn)環(huán)保且高能量密度的電池。但是，由于鎂離子具有高電荷密度、強(qiáng)極化效應(yīng)以及較為緩慢的擴(kuò)散動(dòng)力，因此正極材料的選擇成為鎂離子電池誕生的關(guān)鍵性挑戰(zhàn)。
而就在最近，這個(gè)挑戰(zhàn)似乎得到了攻克。重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院團(tuán)隊(duì)經(jīng)過常年的研究，成功研發(fā)出了比容量高達(dá)到1200毫安時(shí)/克(mAh/g)的高容量復(fù)合硫材料，比容量能夠達(dá)到250mAh/g的高倍率多孔硫化銅納米球，以及能夠?qū)崿F(xiàn)3伏(V)電壓，循環(huán)壽命達(dá)1萬次的長壽命高電壓錳基普魯士藍(lán)材料。這些材料均具備擔(dān)當(dāng)鎂離子電池正極重任的實(shí)力。
此外，團(tuán)隊(duì)在電池的負(fù)極以及電解液上也收獲了可觀的成果。借助這些正極、負(fù)極以及電解液的成果，團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出安時(shí)級(jí)鎂軟包電池。更重要的一點(diǎn)是，這些成果能夠作為鎂電池開發(fā)的基礎(chǔ)，幫助鎂電池從實(shí)驗(yàn)室成果轉(zhuǎn)向商品化發(fā)展。實(shí)際上這也并非“未來式”，因?yàn)閳F(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始和企業(yè)進(jìn)行鎂電池相關(guān)產(chǎn)品的合作了。預(yù)計(jì)在不久之后，我們就可以在電瓶車、路燈、旅游車等設(shè)備上，看到這類電池的身影。
不過鎂電池只是新型儲(chǔ)能科技中的一部分，實(shí)際上這個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還要復(fù)雜，而鋰電池作為一項(xiàng)成熟的技術(shù)也不可能輕易被淘汰。而新老技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新的目的，終究還是堅(jiān)定堅(jiān)信一條經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、能源協(xié)調(diào)發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展道路。
(本文參考資料來源：科技日報(bào))
原標(biāo)題：從實(shí)驗(yàn)室走向應(yīng)用 鎂電池正在慢慢沖擊“后鋰電池”時(shí)代
