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81.82MB · 2025-10-13
alixixi 10 月 13 日消息，随着技术的不断进步，大规模、可持续能源存储的需求也日益增长。为应对这一需求，日本东北大学的研究人员开发出一种可充电镁电池（Rechargeable Magnesium Battery, RMB）原型，成功克服了长期以来镁基储能技术所面临的诸多挑战。这项突破性进展标志着能源存储技术迈向下一阶段 —— 一种由可持续材料制成、支持快速充电的新型电池。
锂是一种稀缺资源，难以满足新技术发展和全球人口持续增长对锂离子电池日益增长的需求。相比之下，镁在地壳中储量丰富，获取更为便捷。
“过去镁未能成为主流电池材料的原因在于其反应动力学缓慢，导致电池无法在室温下正常工作，”日本东北大学的 Tetsu Ichitsubo 解释道，“试想一下，如果设备中的电池只能在极端温度条件下运行，那在日常生活中几乎毫无实用价值。”
因此，实现室温下的稳定运行，是推动镁基储能技术成为锂资源替代方案的关键一步。研究团队通过设计一种新型非晶态氧化物正极材料（Mg₀.₂₇Li₀.₀₉Ti₀.₁₁Mo₀.₂₂O），成功实现了这一目标。
以往的镁电池在实现镁离子快速、可逆扩散方面存在困难，因而难以在室温下高效运行。而该研究采用的非晶态氧化物正极，利用锂离子与镁离子之间的离子交换过程，构建出有利于镁离子迁移的扩散通道，显著提升了离子传输效率。
结果表明，该正极材料可在室温下实现镁离子的可逆嵌入与脱出。“我们制作了一个全电池原型以测试其实际性能，发现即使经过 200 次充放电循环后，电池仍能释放足够的能量，”Ichitsubo 表示，“足以持续点亮一个蓝色发光二极管（LED）。这一点令人振奋，因为此前许多可充电镁电池的演示实验中出现了负放电电压现象，意味着它们根本无法输出可用能量。”
研究团队还深入探究了该电池的工作机理。通过严格的化学分析证实，电池所表现出的容量确实来源于真正的镁离子嵌入反应，而非其他副反应。这使得该体系区别于以往的研究 —— 在那些研究中，表观性能主要由非目标性的副反应主导。
本项工作首次可靠地展示了氧化物正极在常温条件下实现可充电镁电池运行的可行性。同时，研究确立了下一代镁电池正极材料设计的基本原则：引入结构自由体积、将颗粒尺寸控制在纳米尺度，以及确保与先进电解质的良好兼容性。这些进展共同推动可充电镁电池向安全、可持续且资源韧性强的储能系统迈进，加速其实用化进程。
alixixi注意到，相关研究成果已于 2025 年 9 月 17 日发表在《通讯材料》（Communications Materials）期刊上。
