多价金属电池取代锂离子电池？

研究人员认为，虽然镁和其它多价金属在高密度储能方面表现出了巨大潜力，但在实际应用中还存在许多问题。

锂离子电池因其高能量密度而被广泛应用于移动电话、笔记本电脑和电动汽车等产品中。然而，随着电网规模储能领域的快速发展，研究人员已经开始寻找更廉价、更易得的锂替代品。多价金属电池有可能彻底改变能量存储行业。

美国休斯敦大学官网7月17日报道，研究人员在《自然·能源》杂志发文综述了目前多价金属离子电池的研究现状，并为未来工作提供了路线图。他们认为，基于镁、钙、锌和铝等多价金属的电池既有良好的应用前景，也面临着严峻的挑战。

休斯敦大学副教授、德州超导中心首席研究员、论文作者YanYao说：“在这篇论文中，我们阐述了多价金属电池的关键优势和常见误区。在能源密度竞赛中，多价金属离子电池最好被视作大规模储能的替代解决方案，而非锂电池的直接竞争对手。”

研究人员还分析了金属阳极的生长行为。Yao表示，虽然镁是一种很有前途的材料，但它无法在平板上保持无枝晶形态。他说：“镁只能在特定的电解质溶液中才不会发生副反应，活性金属表面不会钝化，镁电镀-剥离的库伦效率接近统一。”

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Yao等撰写的论文的关键点包括：

（1）锂的可用性和成本引人担忧，研究人员开始表现出对多价金属电池技术的兴趣。

（2）多家金属离子电池工作原理与锂离子电池有诸多相似之处，因此有望迅速被工业界采用。

（3）此前对多价金属电池预期能量密度的评估局限于金属阳极，这往往会导致误导性结论。研究人员对阴极和阳极展开重新评估，可使多价金属电池在能量存储领域的地位进一步提升。

（4）直接使用多价金属作为阳极是满足电池安全性和能量密度需求的重要方面，但围绕这种阳极材料还有很多不确定性。

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（5）研究人员对电解质溶液和相关界面现象的认识正在逐步深入，但还远远不够。

（6）寻找好的多价金属电池阳极材料需要考虑更多不常见的问题，其离子存储机制远比锂离子电池复杂。阴极材料化学理论的错误解释广泛存在。

研究人员还列出了建议，认为以下针对性研究可显著改善未来电池性能：

（1）更好地理解金属阳极的生长行为。这是实现锂离子电池安全承诺的关键步骤。

（2）正确评估金属阳极与电解质溶液的相容性，以及保护涂层的有效性。

（3）正确解释阴极离子存储机制。

（4）寻找更好的阴极材料设计方案。