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镁电池是替换锂电池的不贰选择吗?

镁电池是替换锂电池的不贰选择吗?

来源:
2021/11/11 14:27
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【摘要】:

  镁电池:唯一的选择?

  在我们开始之前,让我们看看广东锂电池是如何生产的。锂电池通常依靠锂离子在正极和负极之间传输电子,为外部电子产生电流。当锂电池放电时,锂离子首先与负极的电子结合,然后将负载电子转移到负极,卸载负载,形成一个电流出现的闭环。同样,锂离子在放电后集中在阳极,当施加电流时,充满电子的锂离子从阳极脱离回到阴极。所以当所有的离子都处于高能量状态时,就意味着电池充满了电。

  镁电池:锂电池的替代品?

  可充电锂电池的放电机理

  电子在锂离子周围的移动类似于货物的移动,货物通常整齐地装在容器中,而大量的电子构成了定向电流。由于锂电池中的锂离子通常以价电子(Li1+)的形式存在,它们只能与一个电子结合,而镁则是另一种物质。正常情况下,镁离子以正2离子(Mg2+)的形式存在,这意味着如果它们在电池中充当载体,它们一次可以携带两个电子。所以,理论上,如果两个电池使用相同密度的镁离子和锂离子,使用镁作为电子传输介质,锂电池的储能密度可以达到两倍高。

  但话说回来,我们都知道理论并不总是适用于现实。首先,最关键的问题是,当镁离子与两个电子的负价结合时,整个原子核带两次负电荷,电荷越负,吸引其他镁离子的能力就越强。因此,当镁离子的电荷增加一倍,并在充满电解质的南北两极之间移动时,它们的速度自然会大大减慢。

  但研究表明,科学家的恐惧可能不会产生太大影响。根据测试结果的报告,它证明了镁离子是绑定到最多只有四个相邻的离子,这意味着其他离子的最大数量的镁离子电池通过南北两极会影响其他离子的运动低于此前预期,所以这个问题的解决似乎没有太多的曲折。

  镁电池:锂电池的替代品?

  计算机模型显示,电解质中的镁离子只受四个相邻离子的影响

  因此,选择一种能充分发挥电池功能,便于镁离子共同运动的电解质,是未来发展具有更高储能密度的镁离子电池的迫切需要。劳伦斯伯克利实验室(Lawrence Berkeley Laboratory)的克里斯汀·佩尔松(Christine Persson)现在已经测试了数千种不同的电解质和电极组合,以找到一种能最大限度地发挥锂离子潜在价值的载体。此外,研究人员使用超级计算机进行了一系列基本物理模拟,以测量镁离子在电池应用中传输电子的有效性,从电荷密度到原子维度。

  除上述诸多优点外,锂的开采成本低于镁,综合利用价值更大。丰田在这项技术上投入了大量资金,特斯拉的首席执行官埃隆穆斯克也曾多次公开表示,特斯拉及其电池gigafacery已经准备好接受镁电池。钢铁侠喜欢自吹自擂,但从传统锂电池到镁电池的转变不会对电池设计产生太大影响,而工厂可以通过更新装配线工具,轻松生产出能量密度两倍的特斯拉镁电池。

  镁电池:锂电池的替代品?

  双碳电池

  考虑到开发镁电池的诸多好处,作者相信这项技术很快就会实现。当然,除非有更好的方法,如日本的双碳、锂空气电池,甚至是目前可用的氢燃料,首先占据主导地位,否则镁电池将不得不成为行业中锂的替代品。但无论哪种电池胜出,毫无疑问锂电池将在未来几年继续占据主导地位。

 

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