中国科学家利用铜离子制高能量镁电池 充放电200次仍保持80

中国科学院青岛生物能源与过程研究所（QIBEBT）的研究人员打造具有可行性的高能量输出镁电池又近了一步。该项研究可将电动汽车电池中的锂用镁取代，而镁离子是一种富含铜的电荷载体，是一种导电性极高的材料，以让电流自由流动，输出高能量。

图片来源：QIBEBT

据美国地质调查局（United States Geological Survey）的报告显示，地球上镁的储量远远高于锂。镁电池由于镁储量丰富，因而可以降低成本。镁的售价约为每吨5000美元，大约是锂的一半。此外，即使在室温下，与锂电池相比，镁电池也能提供更高的能量和功率密度。最后，由于镁不是一种易于形成枝晶，导致电池内部结构发生故障的材料，因而也更安全，可以避免电池爆炸和火灾的风险。

但是，在阴极和电解质中使用镁一直是阻碍镁电池发展的障碍。镁与电解液产生反应会形成氯化物，而氯化物会导致电池性能变低，无法存储和释放大量能量，在商业上没有竞争力。于是，中国科学家们打造了一种经济上可行、使用铜离子作为电荷载体的高性能镁电池。

在充电过程中，高密度的镁离子在电解液中的扩散会变慢。此外，镁离子与阴离子之间的化学键很难打破，导致充放电循环特别差。为解决该问题，研究人员在阴极中采用了另一种电荷载体：铜，其可溶解在电解液中，使得电解液由镁、铜离子和硼阴离子（BCM）构成。

在镁电池放电时，铜离子会溶解在电解液中，并在电极上形成金属铜涂层。铜的导电性高，因而电流可以自由流动，由此产生高能量。

在实验室中，镁/铜电池在经过200次充放电循环后，仍保持了80%的原始容量，表现出良好的性能。相比之后，商用锂离子电池在1000次充放电循环后就会损失20%以上的原始容量。虽然目前，镁/铜电池在商业上还不可行，但是为研发出可与锂电池竞争的电池开辟了道路。该研究负责人CUI Guanglei教授表示：“在未来两年内，我们希望让该电池的充放电循环达到1000次里程碑。下一步，我们要设计出柔性电池包，因此首先需要打造出凝胶铜离子电解质溶液。”