镁基电池材料的研究与开发

　　镁具有较低的电极电位，在结构应用中是个缺点，因为容易导致腐蚀，但是作为电极材料来说，这意味着镁具有较大的比容量，这些与能源相关的特质，在新能源技术发展与应用日益重要的今天，预示着镁将在能源材料领域发挥重要的作用。对于我国这样一个具有丰富镁资源和生产量的镁大国来说，镁作为能源材料的研究开发对于节能减排和能源再生具有重要的意义。
　　
　　镁和锂具有相似的化学性质。我国的镁资源非常丰富，加上镁价格低廉，只有锂的1/24，而且对环境无污染，比容量大，因此它作为一种新型的电池材料，逐渐成为了人们研究和开发的热点。2000年研究出了一种镁二次电池体系，使镁二次电池的研究得到了突破性的进展。该体系采用了镁负极，MgMo3S4正极以及镁基有机卤铝盐电解质。在室温下，Mg（AlCl2BuEt）2溶液中沉积/溶解效率达到了100%，理论电容量为135Wh/kg。镁主要在正极材料中进行嵌入和脱嵌，目前正极材料的主要研究方向是找出能使镁离子进行可逆的插入与脱嵌，并能在电解液中稳定存在的材料。正极材料的选择一般集中在无机过渡金属氧化物，硫化物，硼化物，磷酸盐以及其它化合物上面。镁电池满足了人们对于开发高性能，低成本，安全环保的大型充电电池的需求，但由于镁电池的设计并不是为了在小尺度设备上与锂电池进行竞争，而是要应用在锂电池所不能替代的大负荷用途的设备上面。
　　
　　镁还可以用作燃料电池材料。镁燃料电池具有比能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成本低、燃料易于贮运、可使用温度范围宽（－20～80℃）及污染小等特点。作为一种高能化学电源，在可移动电子设备电源、自主式潜航器电源、海洋水下仪器电源和备用电源等方面具有广阔的应用前景。镁燃料电池主要由镁合金阳极，中性盐电解质和空气（氧气或其它氧化剂）阴极三部分组成。镁是非常活泼的金属，在中性盐电解质中有很高的活性，适合用作中性盐电解液的阳极材料。阴极氧化剂可以利用空气或者是过氧化氢。由于镁是很活泼的金属，电极电势低，化学活性很高，在大多数的电解质溶液中，镁的溶解速度相当快，产生大量的氢气，导致阳极的法拉第效率降低。研发关键是寻求高性能镁合金材料，减小析氢的腐蚀，解决活化与钝化的矛盾。为了克服金属镁的这些缺陷，可将镁和其它合金元素制成二元、三元乃至多元合金。一方面，可以细化镁合金晶粒，增大析氢反应的过电位，以降低自腐蚀速率;另一方面，可以破坏钝化膜的结构，使得较为完整、致密的钝化膜变成疏松多孔、易脱落的腐蚀产物，从而减轻镁合金钝化问题，促进电极活性溶解，提高镁合金的电化学性能。