10 月 13 日消息，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，大規(guī)模、可持續(xù)能源存儲(chǔ)的需求也日益增長。為應(yīng)對(duì)這一需求，日本東北大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種可充電鎂電池（Rechargeable Magnesium Battery, RMB）原型，成功克服了長期以來鎂基儲(chǔ)能技術(shù)所面臨的諸多挑戰(zhàn)。這項(xiàng)突破性進(jìn)展標(biāo)志著能源存儲(chǔ)技術(shù)邁向下一階段 —— 一種由可持續(xù)材料制成、支持快速充電的新型電池。

鋰是一種稀缺資源，難以滿足新技術(shù)發(fā)展和全球人口持續(xù)增長對(duì)鋰離子電池日益增長的需求。相比之下，鎂在地殼中儲(chǔ)量豐富，獲取更為便捷。

“過去鎂未能成為主流電池材料的原因在于其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢，導(dǎo)致電池?zé)o法在室溫下正常工作，”日本東北大學(xué)的 Tetsu Ichitsubo 解釋道，“試想一下，如果設(shè)備中的電池只能在極端溫度條件下運(yùn)行，那在日常生活中幾乎毫無實(shí)用價(jià)值?！?/p>

因此，實(shí)現(xiàn)室溫下的穩(wěn)定運(yùn)行，是推動(dòng)鎂基儲(chǔ)能技術(shù)成為鋰資源替代方案的關(guān)鍵一步。研究團(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)一種新型非晶態(tài)氧化物正極材料（Mg?.??Li?.??Ti?.??Mo?.??O），成功實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。

以往的鎂電池在實(shí)現(xiàn)鎂離子快速、可逆擴(kuò)散方面存在困難，因而難以在室溫下高效運(yùn)行。而該研究采用的非晶態(tài)氧化物正極，利用鋰離子與鎂離子之間的離子交換過程，構(gòu)建出有利于鎂離子遷移的擴(kuò)散通道，顯著提升了離子傳輸效率。

結(jié)果表明，該正極材料可在室溫下實(shí)現(xiàn)鎂離子的可逆嵌入與脫出。“我們制作了一個(gè)全電池原型以測試其實(shí)際性能，發(fā)現(xiàn)即使經(jīng)過 200 次充放電循環(huán)后，電池仍能釋放足夠的能量，”Ichitsubo 表示，“足以持續(xù)點(diǎn)亮一個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管（LED）。這一點(diǎn)令人振奮，因?yàn)榇饲霸S多可充電鎂電池的演示實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)了負(fù)放電電壓現(xiàn)象，意味著它們根本無法輸出可用能量。”

研究團(tuán)隊(duì)還深入探究了該電池的工作機(jī)理。通過嚴(yán)格的化學(xué)分析證實(shí)，電池所表現(xiàn)出的容量確實(shí)來源于真正的鎂離子嵌入反應(yīng)，而非其他副反應(yīng)。這使得該體系區(qū)別于以往的研究 —— 在那些研究中，表觀性能主要由非目標(biāo)性的副反應(yīng)主導(dǎo)。

本項(xiàng)工作首次可靠地展示了氧化物正極在常溫條件下實(shí)現(xiàn)可充電鎂電池運(yùn)行的可行性。同時(shí)，研究確立了下一代鎂電池正極材料設(shè)計(jì)的基本原則：引入結(jié)構(gòu)自由體積、將顆粒尺寸控制在納米尺度，以及確保與先進(jìn)電解質(zhì)的良好兼容性。這些進(jìn)展共同推動(dòng)可充電鎂電池向安全、可持續(xù)且資源韌性強(qiáng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)邁進(jìn)，加速其實(shí)用化進(jìn)程。

相關(guān)研究成果已于 2025 年 9 月 17 日發(fā)表在《通訊材料》（Communications Materials）期刊上。