從實驗室走向應用 鎂電池正在慢慢沖擊“后鋰電池”時代
2022-11-09 15:15:36 admin
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】電池是如今生活中常見的儲能設備，大多數(shù)電池都具備操作簡單性能穩(wěn)定的優(yōu)點，尤其是錳鋅電池、鉛蓄電池以及鋰電池，它們已經(jīng)滲透到我們生活中的每個角落，在各個領域發(fā)揮著重要作用。其中“鋰電池”更被稱之為“新時代的‘白色石油’”，在眾多技術的加持下，開創(chuàng)了一個“鋰走遍天下”的時代。
客觀來講，鋰電池能夠得到如今的發(fā)展，與環(huán)境背景下，碳基能源開始加速退出歷史舞臺有一定的關聯(lián)。自從碳排放與重大環(huán)境問題(全球變暖)聯(lián)系在一起之后，如何減少人類活動產(chǎn)生的碳排放成為一個迫切需要解決的問題。在這個環(huán)境下，電能的有效應用便成為突破口。而與其他電池相比，鋰電池又具有高能量比、長壽命、高額定電壓、高穩(wěn)定性(具備高功率承受力的同時自放電率有很低)、溫度適應性前等優(yōu)勢，自然會脫穎而出。
但是鋰電池時代的推進卻也不斷地暴露了這種電池的致命缺陷——資源短缺、成本高。盡管全球已經(jīng)探明的鋰資源儲量約有3978萬噸，但具備商業(yè)開采價值的鋰儲備量僅僅只有1351.9萬噸。此外，考慮到鋰電池的生產(chǎn)工藝以及回收率，實際上可以用于生產(chǎn)鋰電池的重要原材料——碳酸鋰的資源儲備其實相對短缺。并且由于短期內鋰電池需求的不斷增加，碳酸鋰現(xiàn)貨現(xiàn)貨價格也開始不斷走高。像最近，國內國內電池級碳酸鋰每噸現(xiàn)貨平均價格就飆升到61萬元以上。誠然，考慮到后續(xù)工藝發(fā)展已經(jīng)業(yè)界在電池回收項目上的持續(xù)推進，鋰電池的資源利用率可能會上升，成本問題也可能因此得到有效解決。但現(xiàn)階段來說，成本的增加正在刺激“后鋰電池”時代的到來。尋找鋰電池的替代品，或者說發(fā)展新的輕型高效能源電池成為了業(yè)內心照不宣的一個方向。
其中，鎂離子電池成為“眾望所歸”。與鋰相比，鎂基儲能材料有效資源儲備豐富，并且成本更低，安全性也更高，更利于生產(chǎn)環(huán)保且高能量密度的電池。但是，由于鎂離子具有高電荷密度、強極化效應以及較為緩慢的擴散動力，因此正極材料的選擇成為鎂離子電池誕生的關鍵性挑戰(zhàn)。
而就在最近，這個挑戰(zhàn)似乎得到了攻克。重慶大學材料科學與工程學院團隊經(jīng)過常年的研究，成功研發(fā)出了比容量高達到1200毫安時/克(mAh/g)的高容量復合硫材料，比容量能夠達到250mAh/g的高倍率多孔硫化銅納米球，以及能夠實現(xiàn)3伏(V)電壓，循環(huán)壽命達1萬次的長壽命高電壓錳基普魯士藍材料。這些材料均具備擔當鎂離子電池正極重任的實力。
此外，團隊在電池的負極以及電解液上也收獲了可觀的成果。借助這些正極、負極以及電解液的成果，團隊成功開發(fā)出安時級鎂軟包電池。更重要的一點是，這些成果能夠作為鎂電池開發(fā)的基礎，幫助鎂電池從實驗室成果轉向商品化發(fā)展。實際上這也并非“未來式”，因為團隊已經(jīng)開始和企業(yè)進行鎂電池相關產(chǎn)品的合作了。預計在不久之后，我們就可以在電瓶車、路燈、旅游車等設備上，看到這類電池的身影。
不過鎂電池只是新型儲能科技中的一部分，實際上這個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還要復雜，而鋰電池作為一項成熟的技術也不可能輕易被淘汰。而新老技術發(fā)展創(chuàng)新的目的，終究還是堅定堅信一條經(jīng)濟、環(huán)境、能源協(xié)調發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展道路。
客觀來講，鋰電池能夠得到如今的發(fā)展，與環(huán)境背景下，碳基能源開始加速退出歷史舞臺有一定的關聯(lián)。自從碳排放與重大環(huán)境問題(全球變暖)聯(lián)系在一起之后，如何減少人類活動產(chǎn)生的碳排放成為一個迫切需要解決的問題。在這個環(huán)境下，電能的有效應用便成為突破口。而與其他電池相比，鋰電池又具有高能量比、長壽命、高額定電壓、高穩(wěn)定性(具備高功率承受力的同時自放電率有很低)、溫度適應性前等優(yōu)勢，自然會脫穎而出。
但是鋰電池時代的推進卻也不斷地暴露了這種電池的致命缺陷——資源短缺、成本高。盡管全球已經(jīng)探明的鋰資源儲量約有3978萬噸，但具備商業(yè)開采價值的鋰儲備量僅僅只有1351.9萬噸。此外，考慮到鋰電池的生產(chǎn)工藝以及回收率，實際上可以用于生產(chǎn)鋰電池的重要原材料——碳酸鋰的資源儲備其實相對短缺。并且由于短期內鋰電池需求的不斷增加，碳酸鋰現(xiàn)貨現(xiàn)貨價格也開始不斷走高。像最近，國內國內電池級碳酸鋰每噸現(xiàn)貨平均價格就飆升到61萬元以上。誠然，考慮到后續(xù)工藝發(fā)展已經(jīng)業(yè)界在電池回收項目上的持續(xù)推進，鋰電池的資源利用率可能會上升，成本問題也可能因此得到有效解決。但現(xiàn)階段來說，成本的增加正在刺激“后鋰電池”時代的到來。尋找鋰電池的替代品，或者說發(fā)展新的輕型高效能源電池成為了業(yè)內心照不宣的一個方向。
其中，鎂離子電池成為“眾望所歸”。與鋰相比，鎂基儲能材料有效資源儲備豐富，并且成本更低，安全性也更高，更利于生產(chǎn)環(huán)保且高能量密度的電池。但是，由于鎂離子具有高電荷密度、強極化效應以及較為緩慢的擴散動力，因此正極材料的選擇成為鎂離子電池誕生的關鍵性挑戰(zhàn)。
而就在最近，這個挑戰(zhàn)似乎得到了攻克。重慶大學材料科學與工程學院團隊經(jīng)過常年的研究，成功研發(fā)出了比容量高達到1200毫安時/克(mAh/g)的高容量復合硫材料，比容量能夠達到250mAh/g的高倍率多孔硫化銅納米球，以及能夠實現(xiàn)3伏(V)電壓，循環(huán)壽命達1萬次的長壽命高電壓錳基普魯士藍材料。這些材料均具備擔當鎂離子電池正極重任的實力。
此外，團隊在電池的負極以及電解液上也收獲了可觀的成果。借助這些正極、負極以及電解液的成果，團隊成功開發(fā)出安時級鎂軟包電池。更重要的一點是，這些成果能夠作為鎂電池開發(fā)的基礎，幫助鎂電池從實驗室成果轉向商品化發(fā)展。實際上這也并非“未來式”，因為團隊已經(jīng)開始和企業(yè)進行鎂電池相關產(chǎn)品的合作了。預計在不久之后，我們就可以在電瓶車、路燈、旅游車等設備上，看到這類電池的身影。
不過鎂電池只是新型儲能科技中的一部分，實際上這個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還要復雜，而鋰電池作為一項成熟的技術也不可能輕易被淘汰。而新老技術發(fā)展創(chuàng)新的目的，終究還是堅定堅信一條經(jīng)濟、環(huán)境、能源協(xié)調發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展道路。
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