锂不是电池唯一选择？镁可以替代锂电池？

　　锂离子电池已经成为从手机到电动汽车以及大规模电网支持的首选储能介质。但锂不是可用于电池的唯一轻质金属。因此，世界各地的研究人员正在研究可能商业化的其他候选人。

　　镁是特别感兴趣的。潜在地，由金属镁制成的电池可以具有比当今的锂离子电池更高的能量密度，更高的稳定性和更低的成本。至少这些是能源部国家可再生能源实验室（NREL）的科学家们的预测，他们在“自然化学”中详细介绍了他们最近使用可充电金属镁电池的结果。

　　NREL材料科学部门的科学家，“自然”论文的合着者春美板在NREL新闻稿中指出：“主要的锂离子电池技术正在接近每单位体积可以储存的最大能量，因此迫切需要探索能够以更低成本提供更多能量的新型电池化学品。“

　　与电池应用中的锂相比，镁具有其他几个优点。每个镁原子在电池放电阶段释放两个电子，而锂的电子则为一个电子。这使它有可能提供锂电池几乎两倍的电能。另外，在电池充电阶段，镁不会在金属表面生长树枝状晶体。生长在锂金属表面上的尖锐枝晶可能会导致电池短路。缺乏枝晶生长应该使镁电池更容易处理和更安全。最后，镁比锂更常见和容易获得。据美国地质调查局称，它是第八丰富的元素，可以从矿床或海水中商业提取。

　　然而，在电池应用中，镁有一些问题。这是NREL科学家集中精力的地方。最大的问题是镁与传统的碳酸盐电解质反应，在金属表面形成一层钝化层，充当阻挡层并防止镁离子在充电过程中到达镁金属。国家可再生能源实验室的研究人员需要找到一个固体界面层，他们可以用它来涂覆镁金属以防止与电解质的反应-但这仍然可以使镁离子进出金属表面。

　　在左侧，没有涂层，镁形成一层防止离子进出金属的层。在右侧，由NREL研究人员生产的人造层允许镁离子从金属传递到电解质。（图片来源：JohnFrenzl/NREL）

　　他们选择了合成半结晶有机聚合物树脂聚丙烯腈。它以纤维形式用于制造各种产品，如户外遮阳蓬，游艇帆船，混凝土钢筋，以及碳纤维股线的起点。有机聚合物与镁离子盐混合并涂覆金属镁以保护其不受电解质的损害。根据NREL的报告，用涂覆的镁金属制成的原型电池单元显示出巨大的希望，并且实现了可逆的充电和放电-这在之前从未展示过。

　　与电池研究的几乎所有突破一样，NREL关于其镁电池的声明必须被视为通往商业化道路的第一步。尽管如此，这只是一个开始，希望能激励其他人研究镁作为锂可能的最终替代品。