空気マグネシウム電池（くうきマグネシウムでんち、マグネシウム・空気電池、マグネシウム燃料電池、MAFC）は空気電池および燃料電池の一種であり、負極に金属マグネシウムを使用し、正極に空気中の酸素を使用する。電解液としては食塩水が利用される[1]。

研究および市販化の技術は MagPower Systems[2]により公開されており、90%の効率および-20 - 55℃の環境下での動作が可能としている[3]。

国内では埼玉県産業技術総合センターの栗原英紀が活物質重量比90%以上の実容量での放電に成功している[4]。負極の放電容量は2000Wh/kg。
放電の反応式

正極: O 2 + 2 H 2 O + 4 e − ⟶ 4 OH − {\displaystyle {\ce {{O2}+{2H2O}+4{\mathit {e}}^{-}->4OH^{-}}}} E 0 = 0.4 V {\displaystyle E_{0}=0.4\,{\rm {V}}}

負極: 2 Mg ⟶ 2 Mg 2 + + 4 e − {\displaystyle {\ce {{2Mg}->{2Mg^{2+}}+4{\mathit {e}}^{-}}}} E 0 = − 2.36 V {\displaystyle E_{0}=-2.36\,{\rm {V}}}

実用化への課題

自己放電を防ぐために電解液をアルカリ性にすると、マグネシウムの表面と反応して不動態になってしまう。また余分な熱も発生する。

発生する水酸化マグネシウムが電解液に溶解しやすくするための補助剤を加えることで回避する[4]（記事上では具体的な物質名は公表されていない）

小濱泰昭率いる東北大学エアロトレイン開発チームはエアロトレインに使った難燃性マグネシウム合金（マグネシウムにカルシウムを混ぜた合金）を海水に浸して電池を作る実験をしたところ、従来よりはるかに長く電気が発生する事を発見した。これはマグネシウムとカルシウムが不動態の原因となる水酸化物イオンを奪い合い続けるため、水酸化物イオンが結びつく相手を変えた瞬間に電極のマグネシウムが溶け出す現象が起こるからである[5]。


現状で反応（放電）速度を制限しているのはマグネシウムのイオン化速度ではなく酸素の吸収速度であり、大電流を取り出すためにはより高効率な酸素の吸収を行える空気極の開発が必要である。

近年、非常に高効率の空気極の開発が進み、0.25A/cm2, 0.25W/cm2を実現し、従来のマグネシウム電池の10倍以上の性能が実用化された。[6][7]これは、1mm厚のマグネシウム1枚で、50cmx50cmの面積の電池だけで、625Wを発生するという驚異的なものです。さらには、円盤型のマグネシウムが回転しながら燃料を供給する燃料電池も特許化されている[8]。この電池で有れば、直径60cm、高さ50cmで36kWhを実現することになる。電池重量もわずか24kgで、リチウムイオン電池の1/10と予測されている。

使用済みマグネシウムの再生

石炭を燃やしてマグネシウムを製造するピジョン法、海水を電気分解する方法など、環境に優しくない再生法から脱却する方法として、太陽光、風力、地熱などの自然エネルギーとレーザーを組み合わせた、現在実用化に最も近いとされるマグネシウム循環社会は矢部東工大教授によって2006年、世界で初めて提案された。[9]このことが評価されて、矢部は米国タイム誌で、2009年環境のヒーローとして選ばれた。[10]

このようなシステムはマグネシウム文明、マグネシウム循環社会として書籍としてまとめられている。[11][12]

電池の放電によって生成される水酸化マグネシウムは安定した物質であるため金属マグネシウムにリサイクルすることは容易ではない。触媒とともに真空中で約2200℃に加熱することにより還元できるため、小濱は太陽炉によるマグネシウムリサイクルを提案している[13]。

このような太陽熱によるマグネシウムの再生は、ピジョン法に代わるマグネシウムの生産方法として、昔から研究されてきており、すでに1995年にMurrayらは[14]太陽熱と炭素還元剤を使用した実験を行っている。彼らは2234度の高温を30分間持続させて、マグネシウムの再生に成功しているが、生成マグネシウムの割合はわずか9%であった。このように、太陽だけを利用する場合には、あまりにもマグネシウム生産量が少なく、実用には無理であるとの試算もあり[15]、実用化に至っていない。大量に発生するマグネシウム蒸気の、光を導入する窓への付着や、炭素還元剤を使用した場合に発生する二酸化炭素等々の問題により、単純な太陽炉でのエネルギー循環は、まだ未解決の部分が多い。

これに対して、東京工業大学の矢部孝らは、太陽光から生成されたレーザーや、自然エネルギーから得られる可能性のある半導体レーザーを用いたマグネシウム再生を提案しており[16]、従来のピジョン法の約4倍の効率を実験により実現している[17][18]。