镁离子电池技术获得了哪些重大突破

新能源汽车最核心的电池技术。目前，市场上主流的锂电池，主要是传统钴酸锂电池，就算是特斯拉用的三元锂电池，其实也是含钴的。但你可能不知道，钴这个元素全球已探明的钴矿储量仅为700多万吨，而刚果(金)、澳大利亚和古巴这3个国家的储量就占到了全球总储量的70%。这其中刚果(金)就占了一半，所以每次这个国家发生什么社会不稳定的事件，钴价就会大幅上涨。

咱们中国的钴元素的储量极少，只占世界总存储量的1%，所以在价格上就受制于人。所以，寻找不使用钴，同时又能提高锂电池能量密度、功率密度以及适用温度广的电池技术非常迫切。

这其中一个机会就是这些年一直炒得沸沸扬扬的石墨烯电池，现在，无论在美国还是在中国，其实都投入了大量的精力、人力、物力，进行石墨烯电池的商业化探索。

比如2017年11月，三星先进技术研究院，英文缩写叫SAIT，他们研制出了一种“石墨烯球”，基于这种技术，研究人员能把锂电池的容量提高45%，充电速度提高5倍，只需要10几分钟就能充满电。这项突破，很有希望成为下一代电池技术。

当然，从科研突破到产品上市，最少也要5年，也就是说，这种“石墨烯球”技术，至少5年内市面上还见不到。

对比摩尔定律，电池性能的提升每年大概只在3%左右。这个速度其实比起芯片的更新速度还是慢了不少，但随着电池新技术的发展，也呈现出了加速发展的趋势。

但同时，创业者也必须意识到电池技术研发中的困境，也就是寿命、能量密度和充电时间，这三者不容易兼顾。

原因在于，快充会破坏电池活性材料，所以导致寿命短。但长寿命电池又一般都有比较差的能量密度。如果想要在这三者之间把握好平衡的话，就需要大量的资金密集地投入，而这往往是大公司才可以做到的。

由于锂电池的限制性环节在于稀缺的钴矿，因此，迫切需要寻找不含钴，同时能提高能量密度，功率密度以及适用温度广的电池技术，目前石墨烯电池的商业化正在探索中，建议电池领域相关从业者密切跟踪进展。
 

随着人类社会的发展进步，能源问题越来越突出。随着经济社会的发展，全世界对环境保护也越来越注重。现在大量使用的锂离子电池体系和铅酸电池体系等，虽然产业化应用已经很成熟了，但是由于这些电池体系中多少含有对环境对人体有害的成分，而且具有一定的安全隐患，再加上离子型锂电池等体系本身的比能量密度并不出色，导致不管怎样开发改进续航能力都无法满足社会进步(特别是新能源汽车)的需求。进入新世纪以来，市场上就期待储电量更大，环境友好，造价更低，更安全可靠电池。

近些年来，高效安全环保的电池体系，特别是可充电的电池体系，一直是各国科研团队研究的热点领域。绿色电池更是研究人员要研究的重中之重。镁离子电池因为其独特的性能(镁电池有两个电子得失，而锂电池只有一个电子得失)，一直被认为是取代当前电池体系的新一代电池体系之一。与此同时，水系镁离子电池由于使用了水溶液作为电解液，具有安全环保的特点，更是受到了科学家们的关注。但是很遗憾的是，由于目前已开发的大部分电极材料中的阴离子与镁离子具有很强的电效应，使得镁离子的定向移动被阻碍，无法自由行动，进而导致无法达到镁电池理想的性能。所以开发出合适的电极材料对水系镁离子电池的开发与应用尤其重要。

近日，来自哈尔滨理工大学和哈尔滨工业大学的联合科研团队开发一种还原的氧化石墨烯包裹的锰酸镁(MgMn2O4)作正极材料的电池体系。这种电池在50毫安每克的电流密度下，比容量可以达到211mAh/克，并且在1000毫安每克的电流密度下，比容量密度还是可以达到140mAh/克.

他们首先利用溶胶凝胶法制备了纳米锰酸镁材料，然后用还原的氧化石墨烯包覆锰酸镁纳米材料而获得锰酸镁/石墨烯复合材料。根据测算，发现复合材料中镁离子的扩散系数达到了1.03*10-8cm2/s，是单一的锰酸镁的扩散速率的15倍。还原的氧化石墨烯的加入优化了锰酸镁的界面性能，促进了电荷转移反应，提高了电极材料的导电性;同时也提高了镁离子在电极的扩散作用，从而使整个电池体系获得了优秀的电化学性能。

虽然这种新的水系镁离子电池在产业化之前，还有许多的问题需要解决，但是其安全性能是具有保障的，这也为新型镁离子电池的开发提供了新思路。相信在科学家们的努力下，新一代的电池将很快出现在我们的日常生活中。