最近，日本東北大學(xué)宣布在新型儲(chǔ)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(yùn)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(shí)驗(yàn)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(chǔ)系統(tǒng)開辟了全新路徑。

隨著電動(dòng)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?chǔ)能技術(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(xiǎn)）以及回收難題等多重挑戰(zhàn)。相比之下，鎂元素在地殼中儲(chǔ)量豐富，價(jià)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(chǔ)存比鋰電池更多的能量。

然而，長(zhǎng)期以來，鎂電池的發(fā)展始終被一個(gè)核心難題所制約：反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢，難以在室溫下實(shí)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(gè)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(qiáng)工作，嚴(yán)重限制了其實(shí)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(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，通過創(chuàng)新材料設(shè)計(jì)，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(jī)制，在材料內(nèi)部構(gòu)建出有利于鎂離子快速遷移的擴(kuò)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(diǎn)亮藍(lán)色發(fā)光二極管。圖源：日本東北大學(xué)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這種正極材料能夠在常溫環(huán)境下實(shí)現(xiàn)鎂離子的可逆嵌入與脫出，解決了長(zhǎng)期困擾鎂電池的“室溫運(yùn)行”難題。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步組裝了全電池原型進(jìn)行測(cè)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(diǎn)亮一個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管（LED）。Ichitsubo教授特別強(qiáng)調(diào)：“這一點(diǎn)令人振奮，因?yàn)榇饲霸S多可充電鎂電池的演示實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)了負(fù)放電電壓現(xiàn)象，意味著它們根本無法輸出可用能量?！?/span>

更為重要的是，研究團(tuán)隊(duì)通過嚴(yán)格的化學(xué)分析證實(shí)，電池的容量確實(shí)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(xiàng)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(jì)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(jìn)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(rèn)為，盡管鎂電池距離大規(guī)模商業(yè)化仍有較長(zhǎng)道路要走——例如需進(jìn)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(gè)里程碑式的進(jìn)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(bǔ)充，甚至在特定領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)替代。從家庭儲(chǔ)能到電動(dòng)交通工具，從可穿戴設(shè)備到航空航天，鎂基儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊。

責(zé)編：Jimmy.zhang