水系镁离子电池，是依靠镁离子（Mg+）在正负极之间移动来实现充放电，采用水系电解液的一种可充电电池。
现阶段在全球范围内，动力电池、储能电池以锂离子电池为主，此外还有铅酸电池。铅酸电池能量密度较低、对环境污染大；锂离子电池存在热失控与安全隐患，且能量密度提升已经接近理论极限。在新能源汽车产业迅猛发展背景下，开发能量密度高、安全性高、环境友好的新型电池受到关注。
根据新思界产业研究中心发布的
《2025-2030年中国水系镁离子电池行业市场深度调研及发展前景预测报告》显示，与锂离子电池相比，镁离子电池理论容量高，达到3833 mAh/cm-3，理论能量密度高，达到150-200Wh/kg，还原电位低，为-2.37V相对于标准氢电极；锂电极表面会生长锂枝晶，存在刺穿隔膜、引发短路的风险，而金属镁抗枝晶生长，安全性高；与金属锂相比，金属镁在地壳中储量更为丰富，成本相对较低。
镁在水溶液中存在严重钝化问题，镁离子电池若采用水系电解液，可充电性能较差。但水系电解液成本低、安全性高、环境友好，因此水系镁离子电池研究极为重要。水系镁离子电池性能优化主要从电极、电解液两个方面着手。
从电极材料来看，水分会导致镁金属电极表面钝化，开发接触水后仍能够稳定工作的镁金属电极极为重要。但已开发问世的电极材料中，多数会阻碍镁离子定向移动，导致水系镁离子电池性能下降。
新加坡材料研究院、浙江大学、上海科技大学合作，设计了一种基于石墨的疏水和Mg可渗透的耐水界面相，应用在镁阳极表面，使阳极经过水处理后仍然可在对称电池中稳定运行超900小时。哈尔滨理工大学与哈尔滨工业大学合作，开发出一种还原氧化石墨烯包裹的锰酸镁（MgMn2O4）正极材料，制成的水系镁离子电池在50mA/g电流密度下比容量211mAh/g，在1000mA/g电流密度下比容量140mAh/g。
从电解液来看，为兼容电极材料，使镁金属电极表面不会钝化，可以构建固态电解质界面，避免水系电解液与镁金属电极接触，但此法并未解决水诱导镁钝化机制问题，因此还需要开发新型水系电解液。
香港大学团队首次实现了可逆的水系镁电池化学，通过Cl−调节和使用MgCl2盐包水（WIS）电解质抑制析氢反应，与六氰合铁酸铜组装成全电池，呈现2.4-2.0V电压平台、超700次循环稳定性、0.5Ag−1时库仑效率99%。济南大学与中国科学院深圳先进院合作，采用新型醚-水杂化电解液（TEGDME/H2O=0.8:0.2）实现了钒酸钠（NaV8O20·nH2O，NVO）材料存储镁离子的快速动力学以及优良的稳定性。
新思界
行业分析人士表示，水系镁离子电池具有高能量密度、高安全性、低成本等优点，是替代锂离子电池的新一代电池体系之一，并且与当前研究热度较高的水系钠离子电池、水系锌离子电池相比，具有明显的能量密度优势，未来拥有巨大发展潜力。
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