现今获广泛使用的锂离子电池存在诸多不足，除了具毒性和价格昂贵，所使用的锂金属材料也较为稀缺。 几十年来，研究人员一直在寻找更环保、更安全、成本更低的技术来替代锂离子电池。

由香港大学（港大）机械工程系梁耀彰教授领导的研究小组，首次设计了利用镁金属作为负极的可充电水系电池，是电池技术的重大突破，为研发后锂离子电池开辟了一条新途径。

研究成果剛於 《ACS Energy Letters》發表，論文題爲「由盐包水电解质实现的高压、Cl辅助水性镁金属电池的可逆性」。

梁教授说：「镁金属是一种极具吸引力的负极材料，它具备高的理论性容量，带负电化学电位。 镁无毒，在地壳中含量丰富。」

镁占地壳的2% 以上，比锂多1000倍。 过往水性镁金属电池的可造性一直被忽视。 一直以来，镁金属的高活性让它难以在电池中应用。 镁暴露于湿气时又很容易钝化，形成阻止氧化还原反应的氧化膜。 于是大多数针对镁电池的研究都是使用无水的有机电解质，但它们通常成本高、不稳定且导电性差。

梁教授始终认为水性电解质是安全且低成本的解决方案。 他说：「由于镁对水分极度敏感，水性电解质增加了另一层挑战。 但如果我们能够解构水性镁电池让其发挥潜力，它将成为一种绝佳的低成本且可持续发展的新电池技术。」 他说。

梁教授的团队发现，一种基于氯化物的水性「盐包水」电解液，能调节镁金属表面钝化膜的形成，实现水性镁金属电池系统可循环充电运行，打破传统的看法。

「盐包水」电解质是一种超饱和混合物，其中溶质的质量超过溶剂的质量。 「盐包水电解质中由于只有有限的游离水，这限制了水分解，解决了钝化的主要成因。」 机械工程系博士后研究员潘文鼎博士解释说。 潘博士是研究盐包水电解质的专家。

电解液中氯离子的吸附也是调节钝化膜形成的关键。 研究小组发现，氯离子的吸附可以帮助溶解氧化物、暴露原生金属让氧化还原反应能够顺利进行，再加上电解质中游离水稀缺，这种盐包水电解质得以成功对抗镁金属的钝化。

曾仔细研究镁负极的表面形貌与成分的博士生梁纪华说 ：「通过使用新型盐包水电解质，镁金属上的原始钝化膜可以转化为导电金属氧化物层，提供离子途径以进行可充电电池的操作。」

梁教授指出，研究首次展示了水性镁金属电池的长期可循环性，在这项工作中获得的化学见解，可作为概念验证，激发进一步的研究优化，为研发替代的后锂离子电池，开辟了新途径。

团队研发的水性镁金属电池，在700多次的稳定循环中表现出出色的可充电性，具有2.4-2.0 V的高放电平台，超过了其他多价离子电池包括锌金属和铝金属电池的电压。 尽管电压还无法与当今的商用锂离子电池相媲美，但进一步发展将可以提高其性能。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c01255

资料来源：https://www.hku.hk/press/press-releases/detail/c_25056.html