鎂及其合金具有密度小，比強(qiáng)度高，阻尼性能好等優(yōu)點(diǎn)，可用于航空航天、汽車及電子等行業(yè)部分取代鋼鐵構(gòu)件和鋁合金零件，以達(dá)到減重及節(jié)能減排的目的。而近年來，鎂的一些功能特性也逐漸引起了人們的重視。例如，鎂基儲(chǔ)氫材料因其儲(chǔ)氫量大、鎂資源豐富、成本低廉而被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的金屬基儲(chǔ)氫材料之一。但純Mg的吸氫和放氫動(dòng)力學(xué)性能差，反應(yīng)溫度要求高，限制了其實(shí)際應(yīng)用。Mg的理論儲(chǔ)氫容量為7.6 wt％，MgH2的形成焓為-74.5 kJ/mol，吸放氫溫度高達(dá) 350-400oC 。同時(shí)，受動(dòng)力學(xué)因素的限制，Mg的吸放氫速率非常緩慢。這些缺點(diǎn)阻礙了鎂基儲(chǔ)氫材料的大規(guī)模應(yīng)用。多年來，為改善鎂基儲(chǔ)氫材料的吸放氫性能，降低吸放氫反應(yīng)溫度，提高動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速度，國(guó)內(nèi)外研究者做了大量的工作。由于氫化物的熱力學(xué)穩(wěn)定性通常只取決于反應(yīng)物和生成物本身，與反應(yīng)途徑無關(guān)。因此，一般通過合金化方法，改變氫化反應(yīng)本征特性來降低純鎂氫化物的穩(wěn)定性。至于動(dòng)力學(xué)性能，則可以通過對(duì)合金體系進(jìn)行表面改性，增加其比表面積以及提高體系的氫擴(kuò)散速度來實(shí)現(xiàn)。
　　從化學(xué)特性上來看，鎂是在元素周期表中與鋰處于對(duì)角線位置的第II組族金屬，因此與鋰具有相似的化學(xué)性質(zhì)。與鋰相比，雖然鎂的電極電位略高（鋰為-3.03V，鎂為-2.37V（酸性）、-2.69V（堿性））、理論比容量較低（鋰為3862 mAh/g，鎂為2205mAh/g），但鎂的價(jià)格低廉（約為鋰的1/24）、環(huán)境友好、熔點(diǎn)高（649℃）、易加工處理、安全性更高，因此用鎂作負(fù)極的鎂電池是一種有良好應(yīng)用前景的化學(xué)電源。2000年，以色列D. Aurbach研究小組提出的Mg│0.25 mol/L Mg(AlCl2BuEt)2/THF│MgxMo3S4體系，極大推進(jìn)了可充鎂電池的進(jìn)展。我國(guó)鎂資源的儲(chǔ)量居世界首位，具有開發(fā)鎂電池的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)?？沙滏V電池在大負(fù)荷用途方面具有潛在優(yōu)勢(shì)，與大型動(dòng)力鋰二次電池相比，有望在安全和價(jià)格兩點(diǎn)上取得突破，也能提供比鉛酸電池和鎳鎘電池體系高得多的能量密度，被認(rèn)為是很有望適于電動(dòng)汽車的一種綠色蓄電池。
　　鎂基儲(chǔ)氫材料
　　為解決鎂基儲(chǔ)氫材料在熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)方面的缺陷，納米化是最有效的方法。納米材料具有很大的比表面積，其量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)及表面效應(yīng)，使納米材料呈現(xiàn)出許多特有的物理、化學(xué)性質(zhì)，已成為物理、化學(xué)、材料等諸多學(xué)科研究的前沿領(lǐng)域。納米尺度的鎂基氫化物具有優(yōu)良的吸放氫動(dòng)力學(xué)性能，這主要是由于納米粒子大的比表面積、更多的缺陷的存在和更短的擴(kuò)散途徑。在納米鎂顆粒小于5納米以下后可顯著降低吸放氫的焓值，因而具有更好的熱力學(xué)性能 [6]。為實(shí)現(xiàn)鎂基儲(chǔ)氫合金或復(fù)合材料的納米化，可采用多種物理或化學(xué)方法，如球磨法、溶膠凝膠法，物理氣相沉積法、納米限域法等。氫等離子體電弧法是一種物理氣相沉積法，可用于高效制備納米金屬粉體 [7]，它采用高溫氫等離子體使金屬氣化、蒸發(fā)，形成煙霧狀金屬原子團(tuán)簇，然后冷卻沉積成為超細(xì)/納米粉體。在氣態(tài)條件下還可以實(shí)現(xiàn)不同金屬在原子尺度的混合，這種方法制備納米金屬/合金粉體效率高，且納米顆粒不容易團(tuán)聚，尺寸可控，可以制備從幾納米到幾百個(gè)納米范圍的粉體，是鎂基儲(chǔ)氫材料的一種理想制備方法。在納米制備完成后，如果對(duì)粉體進(jìn)行鈍化處理，即通入空氣-氬氣或氧氣-氬氣混合氣體，則可在鎂顆粒表面生成一層極薄的MgO層，該氧化物層可阻止Mg顆粒被進(jìn)一步氧化，使得粉體可在干燥空氣中保存，但也會(huì)降低鎂顆粒的表面活性，從而不利于儲(chǔ)氫性能[1]。圖1a為氫等離子體電弧法制備的超細(xì)純鎂粉的透射電鏡形貌?？梢钥吹?，電弧法制備的鎂粉顆粒多為六角形，尺寸在100-700nm之間。圖1b為純鎂粉在不同氣固反應(yīng)溫度下的壓力-溫度-成分（PCT）曲線，從中可以看到，鎂粉的儲(chǔ)氫量及平衡氫壓隨溫度上升而上升，在400oC下的最大儲(chǔ)氫量可達(dá)6.24wt%左右。
       鎂離子電池
　　從理論上講，鎂電池可供的研究發(fā)展空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鋰電池，如果能實(shí)現(xiàn)鎂電池一半的理論容量，將會(huì)是一場(chǎng)新的能源利用方式的革命，因此開發(fā)出鎂電池的意義將超過現(xiàn)在的鋰電池。由于鎂金屬材料價(jià)格并不昂貴，來源相對(duì)較難枯竭。另外，鎂離子電池能量密度很高，甚至超過了聚合物電解質(zhì)鋰離子電池。從電池容量角度考慮，兩者差距不大，而從儲(chǔ)蓄能量密度角度考慮，鎂離子電池?fù)碛忻黠@優(yōu)勢(shì)。雖然現(xiàn)在鎂電池目前還處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，但隨著研究的不斷深入，鎂電池最終有望在新能源技術(shù)中發(fā)揮重要作用。和其他二次電池類似，鎂二次電池主要由正極、負(fù)極和電解液組成，而正極材料的選擇是鎂電池性能的關(guān)鍵所在，決定了電池的電位及循環(huán)性能。近期的研究表明，謝弗雷爾相（Chevrel Phases，簡(jiǎn)稱CPs）化合物MxMo6T8（M=金屬，T=S，Se，Te）可在金屬離子插入后保留原始的晶體結(jié)構(gòu)特征，因而能夠較好的實(shí)現(xiàn)電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化。這類化合物導(dǎo)電率高，密度大，作為電極材料可提供較大的功率密度和能量密度。在負(fù)極材料方面，通常采用純鎂來作為電極，然而純鎂負(fù)極在電池循環(huán)充放電過程中表面易形成枝晶結(jié)構(gòu)，并將導(dǎo)致電池短路。采用鎂合金材料，如AZ31、Mg-Nd合金等作為負(fù)極材料可以較好地解決這一問題，從而能夠延長(zhǎng)鎂二次電池的使用壽命。
       展望
　　鎂不僅是一種輕質(zhì)高強(qiáng)的結(jié)構(gòu)材料，而且是一種性能優(yōu)異的能源材料。鎂具有高的儲(chǔ)氫能力，其氫化物是具有前景的車載或固定氫源，可在未來新能源產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮重要作用。采用氫等離子體電弧法可以批量制備納米鎂合金及復(fù)合材料，具有優(yōu)異的儲(chǔ)氫性能，有望獲得應(yīng)用。另外，以鎂離子在正負(fù)極間嵌入和脫出為原理的鎂二次電池與鋰離子電池具有相似的特性，因而可能在未來取代鋰離子電池，成為新一代的高能動(dòng)力電池。目前鎂二次電池的研究重點(diǎn)在于解決鎂離子電池應(yīng)用中體系的穩(wěn)定設(shè)計(jì)，正負(fù)極材料制備和優(yōu)化。采用具有謝弗雷爾相結(jié)構(gòu)的正極材料和鎂合金負(fù)極材料可以很好地解決鎂離子電池在比容量和穩(wěn)定性方面的問題，從而為鎂離子電池的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。