2014年01月23日08:33
让阻燃性镁合金不断反应
日本东北大学未来科学技术共同研究中心教授小滨泰昭打算采用与矢部不同的方法，解决传统镁燃料电池存在的问题。小滨发现，使用阻燃性镁合金，可以抑制自我放电，并缓慢进行氧化反应。这样发电就不会停止，从而可有效利用电极的镁。
这种阻燃性镁合金是日本产业技术综合研究所设想用作构造材料而开发的，添加了百分之几（重量比例）的铝（Al）和钙（Ca）。
小滨以前一直在开发利用地面效应（飞行在地面附近的飞行器会产生巨大升力的现象）的高速运输系统。在此过程中为了减轻车身重量而使用了阻燃性镁合金。小滨认为，阻燃性也就是不易与氧发生反应，这种特点十分适合镁燃料电池，于是便着手进行开发。
小滨使用阻燃性镁合金，与产业技术综合研究所、古河电池、日本素材（总部：仙台市）等合作，试制出了高性能镁燃料电池（图2）。电池单元的电压为1.5V，每个单元具备60Ah的发电能力。电极的能量密度也高达1.55Wh/g，因此小滨称，“打算半年以内开始销售”。
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图2：日本东北大学的小滨等人试制的镁燃料电池 （a）为电池内部。由五个电池单元排列而成。（b）为电池单元。在中间的网状部分与电解液发生反应。（c）电极的阻燃性镁合金。右为未使用的镁合金，中间为发生一定程度反应后的镁合金，左为使用完的镁合金。发生反应的镁合金会变成Mg（OH）2溶解到电解液中。 |
从发电成本的角度来看，镁燃料电池要比使用汽油的发电机逊色。但是，如果目前2000日元/kg左右的阻燃性镁合金价格能够降至500日元/kg左右，便可在成本方面获得竞争力，因此小滨非常希望镁合金能够降低价格。
利用太阳能来还原镁
镁燃料电池的开发并没有仅仅停留在制造一次性电池上。有人提出了一个构想，那就是利用太阳能进行热还原，回收已用完电极的镁，以便循环再利用。
与电解液反应后用完的负极镁会变成Mg（OH）2或氧化镁（MgO）。上述构想是，将其回收并运送到沙漠中，然后利用沙漠的太阳能进行热还原，再把生成的镁重新运回日本使用。也就是说，利用沙漠中的丰富太阳能得到镁，再把镁运到日本（图3）。通过电缆将电力输送到日本虽然非常困难，但得到镁之后，便可采用物理方法进行运输。
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图3：通过镁来利用太阳能的构想 将用完的镁运输至沙漠地带，利用丰富的太阳能进行热还原，并再次运至日本重新使用。 |
提出这种“镁循环社会”构想的人是东工大的矢部。矢部目前考虑使用半导体激光，但将来打算利用“太阳光激励激光”*3作为热源，对镁进行热还原。
*3 太阳光激励激光 通过向作为介质的材料照射太阳光来激发的激光。
东北大学的小滨也描绘了类似的蓝图。其构想是，将用完的镁运到名为阳光地带的沙漠地区进行热还原。不过，小滨设想使用凹镜来进行热还原。打算使用可通过聚集太阳光来获得高温的太阳炉。据其介绍，如果可以获得1200℃左右的温度，便可以进行热还原。
小滨2011年实施了使用直径1.5m左右的太阳炉将用过的Mg（OH）2以金属镁箔的形式回收的实验。
目前，除了古河电池及尼康之外，其他商社及物流公司也参与进来，共同启动了名为“Magnesium Soleil”的项目，现在正以形成业务为目标进行讨论。
小滨说，“镁不像核电那样存在风险，也不会像化石燃料那样会枯竭，而且完全不存在温室气体排放等环境问题，是一种清洁燃料”。而且，镁在海水中的含量十分丰富。也可以利用太阳能从海水中提炼镁。
经由镁燃料电池，将太阳能有效地转换成电力。小滨将这种体系称为“燃料耕种”。与已经实用化的氢燃料电池相比，镁燃料电池能以很少的使用量获得同等的发电量，而且容易搬运，因此具有优势。据小滨教授推算，28.4g镁获得的能量与60L氢气获得的能量相同。
不过，镁燃料电池也存在课题。一个是空气极的耐久性。这种电池使用的可以透过空气的多孔质碳，还需要提高耐久性。另一个课题是，进行热还原时使用的催化剂铁硅（Fe-Si）需要耗费能源来制造。小滨表示，今后“必须探讨使用太阳能制造铁硅的方法”。 （作者：吉田胜、中山力，日经技术在线！供稿）
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