文|陈根
如今,锂电池已经成为日常生活中必不可少的器件,在许多领域实现了应用,如手机、电动汽车、卫星、飞船、水下机器人等。锂离子电池之所以广泛利用,是因为其电压高、自放电小、循环寿命长、安全性能也较好。
但它的缺点在于价格昂贵,且随着人类向可再生能源的发展,需要一种储存更多电能的技术。与此同时,锂离子电池的关键材料锂、镍、钴只在少数几个地方找到,且并非全部可用于电池生产。因此,各国纷纷加快布局“后锂电池”时代。
近日,英国剑桥大学、丹麦及以色列的知名工科大学,以及德国、西班牙的研究机构组成联合的团队e-magic,将目光投向了镁。镁离子可以携带2个正电荷,而锂离子只能携带1个,因此理论上镁电池的能量密度可以比锂电池更大。
此外,锂电池原材料——锂、镍、钴的产地分布极度不均匀,近80%锂资源产量集中在美洲四湖以及澳洲六矿;镍资源78%集中在印尼、澳大利亚、巴西、俄罗斯、古巴和菲律宾等地区;全球已探明钴资源则约51%分布在刚果(金)。
相比之下,钠、镁、锌的储量要高得多。例如锂在地壳中的储量为0.0065%,全球储量仅有8600万吨,而钠在地壳中的储量为2.74%,仅中国柴达木盆地的钠盐储量就达到3216亿吨。
但另一方面,镁电池在技术和材料上仍有很多障碍有待克服。由于镁离子体积小、电荷密度大、极化作用强,难以插入到多数基质中去,较难形成嵌入式化合物。因此,可以供选择的正极材料受限。
并且镁与水发生反应,已报道的电解液体系有格氏试剂的液, mgrhicl-aicl/thfmg(snphb)2等有机电解质,但是这些有机电解质在充放电的过程中可能会放出气体,具有一定安全隐患。结合这些原因,完全替代锂电池可能还需要一段路要走。
此前,宁德时代开发出第一代钠离子电池。该电池能量密度达160wh/kg,在常温下充电15分钟,电量就可达到80%,锌电池和铝电池的开发也获得不同进展。但总的来说它们的成熟度距离大规模商业化应用还有距离,甚至只是处于实验室阶段。
所以,“后锂电池”时代是否到来,什么时候到来,还需要静观其变。