雖然我們隔三差五就能聽(tīng)到有關(guān)“電池技術(shù)突破”的新聞，但鋰離子電池依然是當(dāng)前使用最廣、綜合表現(xiàn)最佳的選擇，雖然這種金屬材料服務(wù)得很好，但在效率和價(jià)格上仍有很大的改進(jìn)空間。而近日，能源儲(chǔ)備聯(lián)合研究中心（Joint Center for Energy Storage Research，JCESR）能源部團(tuán)隊(duì)內(nèi)的科研人員發(fā)現(xiàn)了一款導(dǎo)電性最快的鎂離子固態(tài)導(dǎo)體，向固態(tài)鎂離子電池的研發(fā)及制造又邁進(jìn)了一大步。

通過(guò)大量的精確測(cè)算，經(jīng)研究人員驗(yàn)證在密排架構(gòu)（close-packed frameworks）下，鎂離子的流動(dòng)性很大（~?0.01–0.1? mS ?cm-1 at 298?K），在硒化鈧鎂尖晶石（magnesium scandium selenide spinel）內(nèi)更是如此。該理論預(yù)計(jì)值還表明，在其他硒化物尖晶石中，鎂離子的流動(dòng)性可能也很高，這位實(shí)現(xiàn)其他固態(tài)鎂離子導(dǎo)體乃至研發(fā)全固態(tài)鎂電池（all-solid-state magnesium battery）開(kāi)啟了一閃希望之門(mén)。

美國(guó)能源部（DoE）勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Laboratory）與阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Argonne National Laboratory）正致力于研發(fā)一款鎂電池，其能量密度要高于鋰電池，但該研究由于缺乏良好的電解液而受阻，因?yàn)樵撾娊庖簳?huì)腐蝕電池的其他部件。

相較于鋰，鎂有很多優(yōu)點(diǎn)：安全性更高、礦藏資源豐富、總離子電量是鋰的兩倍、鎂電池的理論容積（theoretical volumetric capacity）要高于傳統(tǒng)的鋰電池。此外，鎂電池的陽(yáng)極采用了鎂金屬，其能量密度（~?3,830 ?Ah?l?1）比石墨陽(yáng)極的理論容積能量密度（~?700?Ah? l?1）及金屬（2,062? Ah ?l–1）高。

然而，Mg2+及其他多價(jià)陽(yáng)離子（multivalent cations）的流動(dòng)性不佳，從而對(duì)鋰離子、鈉離子電池陰極材料的研發(fā)造成影響。Mg流動(dòng)能力較差，也限制了固態(tài)屏蔽涂層（solid barrier coatings）的使用，導(dǎo)致電解液對(duì)電極造成腐蝕，無(wú)法發(fā)揮防護(hù)作用。另一方面，全固態(tài)鎂電池的研發(fā)也受到影響，而諷刺的是，該類電池卻恰恰緩解當(dāng)今電池電解液的腐蝕問(wèn)題。

該研發(fā)團(tuán)隊(duì)還包括麻省理工學(xué)院的科研人員，負(fù)責(zé)提供計(jì)算資源（computational resources），而阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室則提供了硒化鈧鎂尖晶石材料的核心實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并就其結(jié)構(gòu)及功能做了書(shū)面歸檔。

阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究化驗(yàn)師（research chemist）還進(jìn)行了核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）光譜實(shí)驗(yàn)，該類測(cè)試旨在利用實(shí)驗(yàn)證明鎂離子或能如理論研究預(yù)計(jì)的那樣，實(shí)現(xiàn)較高的離子流動(dòng)性。