由香港大学机械工程系梁耀忠教授领导的研究团队开发出高性能准固态镁离子（Mg-ion）电池，实现了电池技术的重大突破。这种创新设计为传统锂离子电池提供了一种可持续、安全和高能量密度的替代品，解决了材料稀缺和安全问题的限制。
最近，该论文以 "下一代镁离子电池 "为题发表在《科学进展》（Science Advances）上： 这种新型镁离子电池有可能彻底改变整个行业。"梁教授说："这是一个改变游戏规则的发展。
近年来，鉴于锂离子电池的局限性，镁离子电池已成为一种潜在的解决方案。然而，开发高效镁离子电池的道路充满挑战，包括需要克服水性或水基体系中狭窄的电化学窗口，以及非水性体系中离子传导性差的问题。
为了克服这些障碍，梁教授的团队开发出了盐中水镁离子电池，其工作电压超过 2 V。然而，由于阴极中的质子存储比镁离子存储占主导地位，这种电池仍然落后于非水基电池。
"与金属离子相比，氢离子或质子更小、更轻。由于体积小，质子很容易进入电池的阴极结构。梁教授团队的博士生、该研究的第一作者 Sarah Leong 说："然而，这就产生了一个问题，因为质子和镁离子会争夺空间，这就严重限制了电池所能存储的能量以及电池的使用寿命。
(A-B）电池在室温和零下温度下的显著循环性能。(C) 电池耐压高达 40 个大气压。(D）与易燃的商用锂离子电解液相比，水性电解液不易燃。来源：《科学进展》（2023 年）。DOI: 10.1126/sciadv.adh1181
然而，团队的不懈努力终于结出了硕果，推出了准固态镁离子电池（QSMB），这是一种创新的电池设计，使用聚合物增强电解质来控制质子和金属离子之间的竞争。
QSMB 在 2.4 V 时具有令人印象深刻的高电压，能量密度达到 264 W-h kg-1，超过了目前镁离子电池的性能，几乎与锂离子电池的性能相当。
梁教授说："我们的准固态镁离子电池结合了两方面的优点，既有非水系统的高电压，又有水系统的安全性和成本效益。它标志着高性能镁离子电池的开发向前迈出了一大步。
为了对 QSMB 进行终极测试，研究团队进行了广泛的循环测试，结果令人吃惊。即使在零下温度（-22°C）的极端条件下，QSMB 经过 900 次循环后仍能保持 90% 的容量，令人印象深刻。此外，这种电池还具有不可燃性，可承受超过 40 个大气压的压力。这种耐用性和性能使 QSMB 成为消费类电子产品的理想选择，即使在寒冷的气候条件下也是如此。
梁教授团队的研究助理教授潘文定博士认为，QSMB 技术有可能重塑能源存储的格局，为我们的世界提供可持续的动力。
他说："我们研究中提出的先进电解质开发战略不仅具有镁离子电池的潜力，还能扩展到锌离子和铝离子电池等其他多价金属离子电池。我们相信，这项研究将为下一代不仅高效而且环保的储能解决方案铺平道路。
参考文献：Kee Wah Leong et al, Next-generation magnesium-ion batteries: The quasi-solid-state approach to multivalent metal ion storage, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adh1181
