（A） 电池机理示意图：准固态电解质通过调节离子储存来增强电池性能。（B） 与使用传统水溶液的电池相比，QSMB的电压分布：质子存储的抑制促进了高压镁离子插入阴极。（C） 当前镁离子电池的文献比较，包括准固态镁离子电池（QSMB）、水性镁离子电池和非水性镁电池（NAMB）。来源：《Science Advances》（2023）。
香港大学（港大）机械工程系梁教授领导的一个研究小组开发了高性能准固态镁离子电池，在电池技术方面取得了重大突破。这种创新设计为传统锂离子电池提供了一种可持续、安全、高能量密度的替代品，解决了材料短缺和安全问题的局限性。
最近发表在《Science Advances》杂志上的标题为“下一代镁离子电池：多价金属离子存储的准固态方法”，新型镁离子电池有可能彻底改变行业。梁教授表示，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了挑战，包括需要克服水性或水基系统中狭窄的电化学窗口，以及非水性系统中较差的离子导电性。
为了解决这些障碍，梁教授的团队开发了一种工作电压超过2V的盐水镁离子电池。然而，由于阴极中质子对镁离子的储存占主导地位，该电池仍落后于非水电池。
据介绍该研究的第一作者Sarah Leong，与金属离子相比，氢离子或质子更小、更轻。由于它们的尺寸，质子很容易进入电池的阴极结构。然而，这带来了一个问题，因为质子和镁离子争夺空间，这严重限制了电池能储存多少能量和能持续多久。
（A–B）电池在室温和零度以下的温度下都具有卓越的循环性能。（C） 电池的压力容限高达40大气压。（D） 与易燃的商用锂离子电解质相比，水性电解质的不可燃性。
然而，随着准固态镁离子电池（QSMB）的推出，该团队的不懈努力终于取得了成果，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拥有令人印象深刻的2.4 V电压平台和264 W·h kg–1的能量密度，超过了当前镁离子电池的性能，几乎与锂离子电池的表现相匹配。
梁教授介绍，研究的准固态镁离子电池集两全其美于一身，提供了非水系统的高电压和水系统的安全性和成本效益。这标志着高性能镁离子电池的发展迈出了重要一步。”
为了对QSMB进行终极测试，研究团队进行了广泛的循环测试，结果惊人。即使在零下温度（-22°C）的极端条件下，QSMB在900次循环后仍保持了令人印象深刻的90%的容量。该电池也是不易燃的，可承受超过40大气压的压力。这种水平的耐用性和性能使QSMB成为消费电子产品的一个有前途的候选者，即使在寒冷的气候下也是如此。