镁负极材料

在镁电池工作过程中，镁离子在负极材料表面进行可逆的沉积和溶解。镁容易在表面形成一层比较致密的钝化膜，镁离子很难通过，影响了镁的溶解/沉积。另外，在多次循环后，镁表面易形成镁枝晶，使电池性能变差，甚至造成电池短路。

镁二次电池的负极材料要求镁离子能进行可逆的沉积与溶解。目前，镁二次电池研究集中在正极材料和电解液方面，而一般采用纯镁作为负极材料，有关其它负极材料的报道相对较少。负极的钝化、枝晶等问题在一定程度上影响了电池的性能，因此在正极材料和电解液性能得到一定改善的基础上，研究并开发出新的负极材料，是得到稳定、高性能镁二次电池体系的重要途径。

目前，负极材料主要有金属镁、镁合金、有机聚合物和无机嵌入材料(层状结构的石墨、乙炔黑、微珠碳、石油焦、碳纤维等嵌入材料)。

镁二次电池的负极材料要求镁离子能进行可逆的沉积与溶解，其沉积-溶解的电极电位较低。由于Mg比较活泼，容易与水和大气杂质进行反应，在表面会形成一层钝化膜。锂的这种覆盖层疏松易于锂离子通过，而且有利于锂金属的稳定，但是镁的钝化层致密，镁离子不易通过，使镁在电解液中的可逆溶解与沉淀变得困难。目前，镁二次电池研究集中在正极材料和电解液方面，一般采用纯镁作为负极材料，有关其它负极材料的研究报道相对较少。

镁二次电池材料的应用

目前，Aurbach等装配了实验性的“钮扣”可充镁电池，阴极容量可达100mA/g。在0.1～1mA/cm2的放电率、放电深度100%，并且温度范围-20～80℃的超过2000次充放电循环，阴极容量衰减小于15%。同时还要注意到，镁电池的设计不是为了与能量密度上为小尺度应用(如便携式电子仪器)的锂电池竞争，而是应用在锂电池(由于其安全问题和相对高的价格)无法代替的大负荷用途方面。

随着现代社会对于环境友好、价格低廉的大负荷能源需求的增加，与有不良环境影响的铅酸、镍镉电池相比可充“绿色”镁电池的长期循环稳定性显示出其独特的优势。镁电池中活性物质的利用率非常高，阴极大于90%，阳极接近100%，阴极中被动添加剂比例也很低(小于5%)，电解质溶液量很小且并不参与电池反应。可以预计，采用好的工艺技术，可以获得大尺寸、能量密度大于60Wh/kg的可充Mg/MgxMo3S4电池。

高性能、低成本、无毒害等特点使得镁二次电池具有极好的应用前景和发展空间。现在镁二次电池从理论上和技术上是可行的，但其研发工作尚不尽如人意，许多研究仍待重大突破。锂离子电池的研究成果为镁二次电池的研究提供了借鉴和基础，但是镁二次电池也需要另辟蹊径。

组装镁二次电池从理论上和技术上是可行的。该类电池所拥有的诸多优点，特别是有望用于电动汽车，是现有所有电池不可取代的。但是目前国际上研究很少，我国在这方面的研究工作尚未开展。目前存在的主要问题是，能用于Mg/Mg2+可逆电沉积的电解质仅有需无水环境的格林盐及其衍生物，而Mg也需无水条件，所用溶剂也易吸水。这给研究和开发带来很大困难。今后的研究应主要集中在寻找较优越的电解质及合成出更优良的“嵌入”正极材料，如改良Mo3S4和寻找氧化物类正极材料。从微观和宏观上研究负极、正极过程，最终组装出实用的电池。

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。目前镁二次电池的研究还处于初步阶段，离实际应用还有一段距离。随着对镁二次电池研究的不断深入，镁二次电池有可能成为大型设备的新能源。