二次电池专题分析:镁、铝、锌二次电池技术与市场分析

当我们谈论二次电池,什么是扣人心弦的“闪光点”

当我们谈论二次电池,什么是扣人心弦的“闪光点”

镁、铝等金属,其地壳丰度大幅高于锂。虽然对应单质的电极电势比锂高,比容量比锂低,但是容量密度(单位体积的容量)高;锌金属丰度略高于锂,容量密度高。总之,高价金属具备用于构建低成本、高体积能量密度、较高质量能量密度电池的潜力。另一方面,高价金属载流子带电量高、离子半径不大、溶剂化作用强,也不容易高效嵌入固态材料实现电荷平衡。这使得高价金属载流子电池的电极(如果负极直接是对应金属的话,此处电极指正极)、电解质材料体系构建难度比锂、钠等碱金属更高。

镁二次电池:镁金属负极的期冀

镁金属负极表面钝化利于储存,不产生枝晶,但钝化层提高了电池阻抗。镁电池电解液体系从格式试剂溶液和离子液体出发,已开发出了基于螯合原理的新型电解液,实现了 200 次以上循环寿命和高库仑效率。正极材料体系的短板最明显,尚未开发出大容量、高电压、动力学势垒低的正极材料。镁二次电池仍未实用化。

铝二次电池:百花齐放也是万马齐喑

铝金属负极表面的钝化层稳定性高,而且铝是两性金属,这使得水体系铝二次电池难于构建。铝金属负极搭配熔盐/离子液体可以实现氯铝酸根的高效循环,而传统电解液、固体电解质都未取得有效研究进展。正极材料体系构建的难度很高,不同类型材料的性能短板都相当明显。铝二次电池实用化的困难估计更多。

锌二次电池:聚焦水体系的努力

锌金属负极表面也可能钝化但比铝程度轻,所以水体系锌离子电池是研究重点。研究者多开发硫酸锌盐复合体系电解液,并以不同手段对锌金属负极进行改性。锌电池正极体系包括锰系、钒系氧化物,尖晶石相复合氧化物和普鲁士蓝类材料等。锌电池能量密度总体不高,有可能构建出低成本、高安全性的电化学体系。

剑之双刃!再看锂电成长

锂离子电池基础材料体系的构建经历了漫长的过程。多种插层型正极的发明使得高电压、较大容量储锂成为可能。锂金属不易应用,石墨较高容量、较低成本适于作为负极。电解液可以耐正极氧化、耐负极还原,其在负极表面形成的 SEI 膜功不可没。锂电池规模高增长,为了能源革命的顺利实现,在积极开发锂资源之外,竞争性电池技术路线的发展不可停滞。

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