2014年01月23日08:33
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鎂合金作為輕量化材料而受到期待，其實鎂合金還是一種高性能電池的電極材料。這種電池是用鎂作電極的“鎂燃料電池”（也叫鎂空氣電池）。鎂合金作為構造材料，有容易與水等反應的缺點，但作為電極，這種缺點卻成了一種武器。
鎂燃料電池，是用鎂作為負極活性物質、用空氣中的氧作為正極活性物質的一次性電池，利用鎂與氫氧根離子結合后會釋放電子的現象來發電。因為反應很難控制，迄今一直無法達到實用水平，但隻要解決這一問題並完全發揮鎂的實力，便可對解決能源問題起到積極作用，因此相關開發也在推進之中。
可改變反應位置來發電
由日本東京工業大學理工學研究系機械物理工學專業教授矢部孝等人設計的鎂燃料電池，採用了稱為“薄膜型”的構造（圖1）。這種電池配置了兩個卷軸，從一個卷軸送出鎂薄膜，然后用另一個卷軸將其一點點地卷繞起來*1。想象一下錄像帶或傳統照相機使用的膠卷，也許就比較容易理解了。這種電池在相當於錄像帶磁頭、相機膠卷中按快門的位置設置了反應室。
*1 鎂薄膜方面，考慮採用在薄膜中涂布及蒸鍍鎂，以及用薄膜分層加工鎂箔等方法制造。
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圖1：薄膜型鎂燃料電池的構造 通過讓負極的鎂薄膜發生反應來發電。一邊卷繞一邊發電，可以讓鎂充分發生反應。鎂薄膜為盒式，用完之后可以更換。 |
如篇首提到的那樣，鎂燃料電池本身並不是一個新創意。隻要有鎂、電解質和正極端電極（碳等），就能構成這種電池，而且理論上可獲得比鋰（Li）離子充電電池更大的能量密度，因此以前就備受關注。
但是，將鎂合金用作負極的話，在鎂溶解於電解液的同時，還會發生自我放電*2。因此，光靠電極溶解，無法獲得充分的發電量。尤其是電解液呈酸性時，這種現象更為明顯。
*2 自我放電：產生的電子和電解液中的氫離子發生反應后產生氫氣的現象。
另一方面，為了防止自我放電而採用鹼性電解液時，又會在負極鎂合金表面形成氫氧化鎂〔Mg（OH）2〕惰性膜，從而導致通電停止。所以，採用傳統材料，無法有效利用鎂來發電。
為了解決這些問題，矢部的燃料電池使用了鎂薄膜。在反應室內使鎂的表面發生反應后，可在不除去惰性膜的情況下送出薄膜。也就是說，可使發生反應的位置不斷發生變化。採用這種方式的話，使用鹼性電解液也能使鎂充分發生反應，從而“可以高效發電”（矢部）。
矢部的研究室2010年通過實証實驗証實，可以獲得1300Ah/kg的電容量。矢部稱，“智能手機的放電容量為1000∼1500mAh。隻要有1g鎂，就能讓智能手機使用一天”。
而且，不使用時鎂也不會劣化，長時間停止使用后仍能重新發電，這也是薄膜型鎂燃料電池的一大優點。存放鎂（反應之前的鎂）的薄膜卷離反應盒較遠，因此還具有安全性高、容易縮小尺寸等特點。
用作便攜終端電池
矢部認為薄膜型鎂燃料電池將來會實用化，於是面向多種用途推進了開發，包括智能手機、高爾夫推車、車站內的電光標牌。
其中在智能手機用小型鎂燃料電池方面，美國大型廠商計劃於2013年內啟動使用電池樣機的實証實驗。矢部表示，該電池內置了約3g的鎂，裝上這種電池后，“一個月內無需為智能手機充電”。
關於薄膜型鎂燃料電池，矢部設想在盒裝狀態下回收鎂並進行循環再利用。因預計這種技術會實用化，矢部還打算開發使用半導體激光的鎂回收技術。
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