中國儲能網(wǎng)訊：在儲能需求高漲的當下，電池技術(shù)呈現(xiàn)多元化發(fā)展，除主流鋰電池外，鎂、鈉等新興材料也在電化學領(lǐng)域迎來前所未有的發(fā)展動力。業(yè)界普遍認為，擁有相對安全和高能量密度的鎂電池在多個應(yīng)用場景下都有望替代鋰電池，成為下一代高性能電池。
■ 技術(shù)頻獲突破
近日，日本東北大學研究人員宣布，開發(fā)了一種可充電鎂電池陰極材料，即使在低溫條件下也能夠?qū)崿F(xiàn)高效充放電。
日本東北大學材料研究所研究人員在《材料化學雜志》上發(fā)表了上述成果，提出一種新型巖鹽結(jié)構(gòu)作為鎂電池負極，有助于鎂離子在電池中擴散，從而提高鎂離子在電池中的活力。利用最新的巖鹽材料，該款鎂離子電池能夠在90攝氏度下有效工作，與以往鎂離子電池的工作溫度相比明顯下降。
日本東北大學材料研究所教授Tetsu Ichitsubo表示，這項研究克服此前電池的材料性能限制，為下一代電池研發(fā)應(yīng)用鋪平了道路，更有望對技術(shù)、環(huán)境和社會產(chǎn)生重大影響。
在電化學儲能需求高漲的當下，電池技術(shù)已不再局限于鋰電池，成本相對更低、安全系數(shù)相對更高的鎂電池也獲得更多關(guān)注，實際上，以鎂基為材料的電池在近年來不斷發(fā)展。
今年2月，澳大利亞RMIT大學研究人員宣布，以鎂、鋅等金屬為材料設(shè)計了一種“鎂水電池”，該款電池使用水替代傳統(tǒng)有機電解液，不僅擁有更高安全性能，還具有可拆卸、可回收的特性。據(jù)悉，鎂離子電池在充放電循環(huán)過程中負極不會出現(xiàn)類似鋰枝晶的“鎂枝晶”，可避免出現(xiàn)鋰電中的鋰枝晶生長刺穿隔膜并導(dǎo)致電池短路起火爆炸的情況。
該款電池研發(fā)人員表示，最新研發(fā)的“鎂水電池”可實現(xiàn)安全拆卸，憑借其安全特性，隨著技術(shù)進步，戶用儲能、便攜設(shè)備等小型儲能設(shè)備中都可能實現(xiàn)應(yīng)用。
■ 材料供應(yīng)鏈優(yōu)勢明顯
根據(jù)國際能源署最新數(shù)據(jù)，過去幾年，電池儲能技術(shù)發(fā)展速度空前，2023年，全球儲能電池部署規(guī)模同比增速達到130%，電網(wǎng)側(cè)儲能、可再生能源發(fā)電側(cè)儲能、戶用儲能、移動儲能應(yīng)用需求均高速上漲。
但是，國際能源署指出，鋰離子電池應(yīng)用規(guī)模的擴大很大程度上受限于上游資源，鋰資源分布并不均衡，同時鋰離子電池的回收和再利用成本也相對較高，都成為鋰離子電池擴大應(yīng)用的瓶頸所在。
非鋰電池技術(shù)的發(fā)展應(yīng)運而生，鎂離子便是一個范例。在業(yè)界看來，鎂離子電池的一個重要優(yōu)勢是更為穩(wěn)定的供應(yīng)鏈基礎(chǔ)。日本東北大學材料研究所教授Tomoya Kawaguchi認為，鋰資源稀缺且分布不均，而鎂資源相對更為豐富，鎂離子電池的出現(xiàn)，為鋰離子電池提供了更可持續(xù)和更具成本效益的替代品。從研發(fā)情況來看，鎂電池有望在各種下游應(yīng)用中發(fā)揮關(guān)鍵作用，包括電網(wǎng)側(cè)儲能、電動汽車甚至便攜式電子設(shè)備，將為全球向可再生能源過渡和減少碳足跡作出貢獻。
中國工程院院士、重慶大學教授潘復(fù)生曾指出，稀土、鎂和釩鈦都是我國富有的戰(zhàn)略資源。目前，我國在稀土、鎂、釩鈦等固態(tài)儲氫方面有好的工作基礎(chǔ)，特別是稀土固態(tài)儲氫和鎂固態(tài)儲氫領(lǐng)域都處于世界領(lǐng)先水平。
市場研究機構(gòu)首創(chuàng)證券也指出，鎂具有易提取、分布廣泛的特性，在制成鎂電池后，其潛在成本優(yōu)勢及資源安全屬性均高于鋰電池。
■ 有望替代鋰電池
除了顯著的供應(yīng)鏈優(yōu)勢，鎂離子電池的高能量密度同樣受到關(guān)注。數(shù)據(jù)顯示，作為二價金屬，與一價鋰、鈉相比，鎂離子可以攜帶和存儲更多電荷，理論能量密度可達到鋰離子電池的1.5倍左右。
上述“鎂水電池”研發(fā)人員指出，最新研發(fā)的鎂電池與鋰電池相比有更長的工作時長和使用壽命，在下游應(yīng)用過程中可適應(yīng)更高強度使用。從目前實驗情況來看，該款電池還能與光伏組件進行整合，已有數(shù)據(jù)證明該款電池在可再生能源發(fā)電儲能場景中具有應(yīng)用潛力。
首創(chuàng)證券預(yù)測稱，鎂離子電池的特性與儲能場景要求高度貼合，未來鎂電池在儲能電池、動力電池、電動工具等應(yīng)用場景中有望替代傳統(tǒng)鋰電池和鉛酸電池。
實際上，發(fā)展新一代高效、環(huán)保、安全的電池已成為全球電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點。去年，我國科技部發(fā)布“高端功能與智能材料”重點專項，布局了兩項鎂合金儲能研發(fā)計劃，其中就包括“高比能長壽命鎂二次電池關(guān)鍵材料與技術(shù)”，擬開發(fā)鎂為負極的二次電池技術(shù)。
歐盟委員會也成立了“歐洲鎂電池社區(qū)”，表示將持續(xù)推動可充放電的鎂離子電池發(fā)展，研發(fā)出能量密度在400瓦時/千克以上、成本在100歐元/千瓦時以下的電池產(chǎn)品。
記者了解到，除了鎂離子電池外，全固態(tài)電池、鈉離子電池、全釩液流電池等新興技術(shù)都在持續(xù)推進，電池技術(shù)邊界正不斷擴展。
