鋰離子電池以其高能量密度而聞名，從移動電話到便攜式計算機和電動汽車，但隨著對網(wǎng)格規(guī)模的能量存儲和其他應用的需求變得越來越緊迫，研究人員尋求了更便宜，更易獲得的替代品鋰。

使用更豐富的多價金屬的電池可能會徹底改變能量存儲。研究人員回顧了多價金屬離子電池研究的現(xiàn)狀，并為《自然能源》的未來工作提供了路線圖。他們報告說，使用鎂，鈣，鋅和鋁的頂級候選人都具有很大的希望，但要滿足實際應用也面臨著嚴峻挑戰(zhàn)需要。

休斯敦大學庫倫工程學院電氣與計算機工程副教授，《華盛頓郵報》的特約作者之一，姚燕說：“在這篇綜述中，我們闡明了多價金屬基電池的關鍵優(yōu)勢以及常見的誤解。”紙。在朝著不斷提高的能量密度目標的競爭中，多價金屬離子電池被視為大規(guī)模儲能的替代解決方案，而不是鋰基電池的直接競爭對手。

研究人員還檢查了金屬陽極的生長行為。雖然鎂是一種很有前途的材料，但姚明說，重要的是要注意，不能保證以無枝晶的形態(tài)普遍鍍覆。他說：“只有在沒有副反應，活性金屬表面沒有鈍化并且鎂鍍層剝離的庫倫效率接近統(tǒng)一的選定電解質溶液中才這樣做。”

姚亦是超高壓德克薩斯州超導中心(TcSUH)的首席研究員。

UH的電氣和計算機工程系的研究助理教授，第一作者之一Yanliang“ Leonard” Liang說，該論文對現(xiàn)有陰極材料的評論也提供了新的見解。他說：“我們還討論了使真正的多價金屬離子基儲能材料具有競爭性能的設計策略。”

研究人員的要點包括：

對鋰的可獲得性和成本的擔憂促使人們對替代電池技術產(chǎn)生了興趣，這些替代電池技術使用了更豐富的元素，具有更高的能量密度和更高的安全性。主要的候選物質包括鎂，鈣，鋅和鋁，它們都被稱為多價金屬或具有多個價電子的金屬，

這些多價金屬離子電池在工作原理上與鋰離子電池有很多相似之處，這表明它們可以被工業(yè)迅速采用。

對這些電池的預期能量密度的先前評估通常僅考慮多價金屬陽極(僅是電池中兩個電極之一)，這往往會得出令人誤解的結論。研究人員基于陽極和陰極對能量密度進行了重新評估，旨在將這些電池更好地定位在儲能領域

直接將金屬用作陽極是保證這些電池安全性和能量密度的重要方面，但是圍繞這些陽極的生存能力存在不確定性

電解質溶液和對相關界面現(xiàn)象的理解正在改善，但仍遠未建立

尋找優(yōu)質正極材料需要進行傳統(tǒng)電池研究中不常見的考慮。多價電池陰極的離子存儲機理要比鋰離子陰極復雜得多。

結果，對陰極化學的誤解在文獻中令人驚訝地普遍

研究人員還發(fā)布了一系列建議，以確保將來的研究直接針對改進電池，包括：

更好地了解金屬陽極的生長行為，這是實現(xiàn)所謂的鋰離子電池安全性承諾的關鍵步驟

正確評估金屬陽極與電解質溶液的相容性以及保護涂層的有效性的實踐

正確解釋陰極離子存儲機理的程序和技術

設計更好的陰極材料的方法

一張表格比較了基于可能取代鋰的每種多價金屬元素的電池的最先進組件(金屬陽極，電解質和陰極材料)發(fā)現(xiàn)，盡管某些組件比其他組件更先進，但沒有其他選擇準備商業(yè)化。