讓阻燃性鎂合金不斷反應(yīng) 

日本東北大學(xué)未來科學(xué)技術(shù)共同研究中心教授小濱泰昭打算采用與矢部不同的方法，解決傳統(tǒng)鎂燃料電池存在的問題。小濱發(fā)現(xiàn)，使用阻燃性鎂合金，可以抑制自我放電，并緩慢進(jìn)行氧化反應(yīng)。這樣發(fā)電就不會停止，從而可有效利用電極的鎂。 

這種阻燃性鎂合金是日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所設(shè)想用作構(gòu)造材料而開發(fā)的，添加了百分之幾（重量比例）的鋁（Al）和鈣（Ca）。 

小濱以前一直在開發(fā)利用地面效應(yīng)（飛行在地面附近的飛行器會產(chǎn)生巨大升力的現(xiàn)象）的高速運輸系統(tǒng)。在此過程中為了減輕車身重量而使用了阻燃性鎂合金。小濱認(rèn)為，阻燃性也就是不易與氧發(fā)生反應(yīng)，這種特點十分適合鎂燃料電池，于是便著手進(jìn)行開發(fā)。 

小濱使用阻燃性鎂合金，與產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所、古河電池、日本素材（總部：仙臺市）等合作，試制出了高性能鎂燃料電池（圖2）。電池單元的電壓為1.5V，每個單元具備60Ah的發(fā)電能力。電極的能量密度也高達(dá)1.55Wh/g，因此小濱稱，“打算半年以內(nèi)開始銷售”。 

圖2：日本東北大學(xué)的小濱等人試制的鎂燃料電池 （a）為電池內(nèi)部。由五個電池單元排列而成。（b）為電池單元。在中間的網(wǎng)狀部分與電解液發(fā)生反應(yīng)。（c）電極的阻燃性鎂合金。右為未使用的鎂合金，中間為發(fā)生一定程度反應(yīng)后的鎂合金，左為使用完的鎂合金。發(fā)生反應(yīng)的鎂合金會變成Mg（OH）2溶解到電解液中。

從發(fā)電成本的角度來看，鎂燃料電池要比使用汽油的發(fā)電機(jī)遜色。但是，如果目前2000日元/kg左右的阻燃性鎂合金價格能夠降至500日元/kg左右，便可在成本方面獲得競爭力，因此小濱非常希望鎂合金能夠降低價格。 

利用太陽能來還原鎂 

鎂燃料電池的開發(fā)并沒有僅僅停留在制造一次性電池上。有人提出了一個構(gòu)想，那就是利用太陽能進(jìn)行熱還原，回收已用完電極的鎂，以便循環(huán)再利用。 

與電解液反應(yīng)后用完的負(fù)極鎂會變成Mg（OH）2或氧化鎂（MgO）。上述構(gòu)想是，將其回收并運送到沙漠中，然后利用沙漠的太陽能進(jìn)行熱還原，再把生成的鎂重新運回日本使用。也就是說，利用沙漠中的豐富太陽能得到鎂，再把鎂運到日本（圖3）。通過電纜將電力輸送到日本雖然非常困難，但得到鎂之后，便可采用物理方法進(jìn)行運輸。 

圖3：通過鎂來利用太陽能的構(gòu)想 將用完的鎂運輸至沙漠地帶，利用豐富的太陽能進(jìn)行熱還原，并再次運至日本重新使用。

提出這種“鎂循環(huán)社會”構(gòu)想的人是東工大的矢部。矢部目前考慮使用半導(dǎo)體激光，但將來打算利用“太陽光激勵激光”*3作為熱源，對鎂進(jìn)行熱還原。 

*3 太陽光激勵激光 通過向作為介質(zhì)的材料照射太陽光來激發(fā)的激光。 

東北大學(xué)的小濱也描繪了類似的藍(lán)圖。其構(gòu)想是，將用完的鎂運到名為陽光地帶的沙漠地區(qū)進(jìn)行熱還原。不過，小濱設(shè)想使用凹鏡來進(jìn)行熱還原。打算使用可通過聚集太陽光來獲得高溫的太陽爐。據(jù)其介紹，如果可以獲得1200℃左右的溫度，便可以進(jìn)行熱還原。 

小濱2011年實施了使用直徑1.5m左右的太陽爐將用過的Mg（OH）2以金屬鎂箔的形式回收的實驗。 

目前，除了古河電池及尼康之外，其他商社及物流公司也參與進(jìn)來，共同啟動了名為“Magnesium Soleil”的項目，現(xiàn)在正以形成業(yè)務(wù)為目標(biāo)進(jìn)行討論。 

小濱說，“鎂不像核電那樣存在風(fēng)險，也不會像化石燃料那樣會枯竭，而且完全不存在溫室氣體排放等環(huán)境問題，是一種清潔燃料”。而且，鎂在海水中的含量十分豐富。也可以利用太陽能從海水中提煉鎂。 

經(jīng)由鎂燃料電池，將太陽能有效地轉(zhuǎn)換成電力。小濱將這種體系稱為“燃料耕種”。與已經(jīng)實用化的氫燃料電池相比，鎂燃料電池能以很少的使用量獲得同等的發(fā)電量，而且容易搬運，因此具有優(yōu)勢。據(jù)小濱教授推算，28.4g鎂獲得的能量與60L氫氣獲得的能量相同。 

不過，鎂燃料電池也存在課題。一個是空氣極的耐久性。這種電池使用的可以透過空氣的多孔質(zhì)碳，還需要提高耐久性。另一個課題是，進(jìn)行熱還原時使用的催化劑鐵硅（Fe-Si）需要耗費能源來制造。小濱表示，今后“必須探討使用太陽能制造鐵硅的方法”。 （作者：吉田勝、中山力，日經(jīng)技術(shù)在線！供稿）