日本發現可能超越鋰電池的新型鎂電池材料

鎂可能是下一代電池中一種很有前途的候選材料。日本一所大學研究出一種含鎂、釩、錳和氧的方尖晶石結構的新型陰極材料，具有優異的充放電性能，成為良好的陰極候選材料。

日本東京理科大學副校長出本靖（Yasushi Idemoto）教授所領導團隊尋找用於鎂電池的新型陰極材料，當時選定釩化鎂（MgV）作為陰極材料，並進行改良，最終使用新型的方尖晶石結構材料。該項研究結果在今年1月被發表在《電分析化學》雜誌上。

論文中介紹，這次研究的原因在於鋰電池雖然在整體性能上優於其它種電池，但鋰金屬在價格上遠比其它金屬昂貴得多，且單一的鋰電池能量密度不足以供應汽車或重型機械動力，再加上鋰電池化學活性過高，在穿刺或高溫下容易出現爆炸或燃燒。

論文還提到，使用鎂的優勢在於它比鋰電池具有低電極電位和高容量（2205 mAh/g、3832 mAh/cm³）。鎂也不會像鋰長出枝晶（像樹枝狀的晶體）影響安全性，也可作為陽極。另外，鎂不會與水直接發生反應，因為它的表面會有一層黑色的氧化鎂作為鈍化層保護內部不再持續氧化，能降低燃燒機率。

因此，實驗人員專注於Mg_1.33V_1.67O₄系統，但用部份錳金屬代替釩金屬，獲得一種新型的方尖晶石結構Mg_1.33V_1.67-xMn_xO₄，雖然該系統具有很高的理論容量，但科學家需要分析有關其結構、循環性和陰極性能的更多細節，以了解其實際用途。

研究人員進行了一系列電化學測量以評估其性能，並觀察到，這些陰極材料具有高放電容量。

為了評估合成樣品在不同環境溫度下的陰極性能，實驗人員在25 °C、40°C的環境溫度下使用另一種含鎂金屬的G3（三甘醇二甲醚）電解液進行循環的充放電實驗，發現鎂金屬的沉積和溶解依然有很高的可逆性，代表著充放電特性佳。

另外，科學家發現，釩在充電和放電循環期間出現顯著氧化現象，這讓釩被Mn²⁺取代進行電荷補償，也促成Mg_1.33V_1.57Mn_0.1O₄優異的充放電性能。

對此，出本靖教授對日本東京理科大學新聞室表示，「我們觀察到，釩原子大量電荷對周圍的原子進行補償作用，導致Mg_1.33V_1.57Mn_0.1O₄比例的方晶體結構擁有比其它鎂材料電池更優異的充放電性能，是良好的陰極候選材料。」

出本靖教授對於這次研究結果感到滿意。他表示，「未來通過研究和開發，讓鎂充電電池擁有更高的能量密度，讓其有機會超過鋰電池。」他還希望未來鎂電池可以滿足人們對充電電池的需求，並早日代替鋰電池。@

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