日本大學(xué)突破鎂電池室溫充電難題！或成鋰電“綠色替代者"

最近，日本東北大學(xué)宣布在新型儲能技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破：成功研發(fā)出可在室溫下穩(wěn)定運行的可充電鎂電池（Rechargeable Magnesium Battery, RMB）原型。這一成果標(biāo)志著鎂基電池從實驗室概念向?qū)嵱没~出了關(guān)鍵一步，為未來安全、可持續(xù)且資源豐富的能源存儲系統(tǒng)開辟了全新路徑。

隨著電動汽車、智能電網(wǎng)和便攜式電子設(shè)備的迅猛發(fā)展，全球?qū)Ω咝阅軆δ芗夹g(shù)的需求持續(xù)攀升。當(dāng)前主流的鋰離子電池雖技術(shù)成熟，但面臨鋰資源稀缺、成本高企、安全性不足（如熱失控風(fēng)險）以及回收難題等多重挑戰(zhàn)。相比之下，鎂元素在地殼中儲量豐富，價格低廉，且具有更高的理論體積能量密度——這意味著在相同體積下，鎂電池有望儲存比鋰電池更多的能量。

然而，長期以來，鎂電池的發(fā)展始終被一個核心難題所制約：反應(yīng)動力學(xué)緩慢，難以在室溫下實現(xiàn)高效、可逆的充放電循環(huán)。傳統(tǒng)鎂電池中的鎂離子帶有兩個正電荷，遷移速度慢，在多數(shù)正極材料中嵌入與脫出阻力大，導(dǎo)致電池性能低下，甚至只能在高溫環(huán)境下勉強工作，嚴(yán)重限制了其實際應(yīng)用前景。

此次，由日本東北大學(xué)Tetsu Ichitsubo教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊另辟蹊徑，通過創(chuàng)新材料設(shè)計，成功破解了這一瓶頸。他們開發(fā)出一種新型非晶態(tài)氧化物正極材料，化學(xué)式為Mg?.??Li?.??Ti?.??Mo?.??O。該材料的關(guān)鍵突破在于引入了鋰離子，并利用鋰與鎂之間的離子交換機制，在材料內(nèi)部構(gòu)建出有利于鎂離子快速遷移的擴散通道，顯著提升了離子傳輸效率。

采用新型非晶氧化物陰極的紐扣型鎂電池原型，成功點亮藍色發(fā)光二極管。圖源：日本東北大學(xué)

實驗結(jié)果顯示，這種正極材料能夠在常溫環(huán)境下實現(xiàn)鎂離子的可逆嵌入與脫出，解決了長期困擾鎂電池的“室溫運行”難題。研究團隊進一步組裝了全電池原型進行測試，發(fā)現(xiàn)即使經(jīng)過200次充放電循環(huán)，電池仍能穩(wěn)定輸出能量，足以持續(xù)點亮一個藍色發(fā)光二極管（LED）。Ichitsubo教授特別強調(diào)：“這一點令人振奮，因為此前許多可充電鎂電池的演示實驗中出現(xiàn)了負放電電壓現(xiàn)象，意味著它們根本無法輸出可用能量。”

更為重要的是，研究團隊通過嚴(yán)格的化學(xué)分析證實，電池的容量確實來源于真正的鎂離子嵌入反應(yīng)，而非以往研究中常見的副反應(yīng)或表面效應(yīng)。這使得該體系在科學(xué)上更具可靠性，也為后續(xù)優(yōu)化提供了明確方向。

這項研究成果不僅展示了氧化物正極在常溫可充電鎂電池中的可行性，還確立了下一代鎂電池材料設(shè)計的三大原則：引入結(jié)構(gòu)自由體積、將顆粒尺寸控制在納米尺度，以及確保與先進電解質(zhì)的良好兼容性。這些原則為全球科研界提供了清晰的技術(shù)路線圖。

目前，相關(guān)論文已于2025年9月發(fā)表在《自然》子刊《通訊材料》（Communications Materials）上，引發(fā)國際學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。業(yè)內(nèi)專家認為，盡管鎂電池距離大規(guī)模商業(yè)化仍有較長道路要走——例如需進一步提升能量密度、循環(huán)壽命和倍率性能——但此次突破無疑是一個里程碑式的進展。

未來，隨著全球?qū)Y源可持續(xù)性和電池安全性的要求不斷提高，鎂電池有望成為鋰離子電池的重要補充，甚至在特定領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)替代。從家庭儲能到電動交通工具，從可穿戴設(shè)備到航空航天，鎂基儲能技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊。

責(zé)編：Jimmy.zhang