读创/深圳商报记者 袁斯茹

锂电池每天给我们的手机、电脑甚至电动车提供“动力”。但是，锂资源也面临着储量有限且分布不均的问题，难以满足未来大规模的储能要求。因此科学家们将研究目标转向了其他低成本的金属元素，比如镁离子电池。

近日，深圳先进院唐永炳研究团队研发出目前首个新型镁基双离子电池。团队成员张帆博士告诉深圳商报记者，“不同于传统的锂离子电池，石墨通常作为其负极材料，此次研发的镁基双离子电池，是将石墨材料用到了正极上。”

镁离子电池的技术难题

电池到底是怎么工作的？

传统的锂离子电池，常用正极材料是钴酸锂等含锂化合物，负极材料主要为石墨。电解液一般采用含有锂盐的有机溶剂。充电的时候，锂离子从正极材料中“跑”出来，经过电解液，运动到负极进行反应；放电的时候则是从负极运动到正极。

“锂离子电池能量密度高、使用寿命长，因此得以大规模应用，但是由于储量有限，人们需要研发其他种类的电池，”张帆告诉记者，“镁离子电池具有高容量、储量丰富等优势，在大规模储能领域有良好应用前景。”

然而，目前关于镁离子电池的研究尚处于初级阶段，离商用还有一段距离，因为还有技术问题需要攻克。“镁离子电池中的金属镁负极在传统有机电解液中易发生钝化，导致镁离子不能可逆沉积/溶解。此外，还缺乏可逆脱嵌镁离子的正极材料，”张帆解释道，“也就是还没有找到可商用的正极材料和电解液，可以让镁离子‘自由活动’，导致目前的镁离子电池可逆充放电性能差。”

将传统负极材料用在正极，显著提高镁离子电池性能

针对以上问题，唐永炳团队研发出新型镁基双离子电池，采用一种PTCDI小分子有机材料作为负极，石墨材料则作为正极。此外，将含有镁盐的离子液体作为电解液。

△一颗镁基双离子电池扣式电池点亮29个并联的LED灯泡（受访对象供图）

“在单离子电池如锂离子电池中，电解液中的锂离子会在正负极之间移动，就像摇椅一样来回晃动。而双离子电池中，则是电解液中的阳离子和阴离子同时分别移动到负极材料和正极材料上，发生电化学氧化还原反应，从而实现充放电。”张帆解释道。

据悉，团队的研究结果表明，该镁基双离子电池具有优异的倍率性能和循环性能，20C的高倍率充放电容量保持率为85%，在5C倍率下循环500次后的容量保持率为95.7%。张帆表示，该工作为发展新型镁离子电池提供了新的思路，未来在大规模储能领域具有应用前景。