"マグネシウム電池の電極材料として使用するための、式Ab’MgaMbXyの化合物であって、式中、Aは、Al、Li、Na、K、Zn、Ag、Cu、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上のドーパントであり、Mは、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Zr、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の遷移金属であり、Xは、O、S、Se、F、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の陰イオンであり、0≦b’≦2.9であり、0≦a≦2.1であり、0.5≦b≦2.9であり、1.5≦y≦5.9であり、かつ前記化合物は層構造またはスピネル構造を有し、前記層構造は、稠密陰イオンX格子、八面体配位の遷移金属Mの層、および、完全または部分的に占有されたマグネシウムサイトの層を含み、該金属Mの層と該マグネシウムサイトの層は交互に並び、前記スピネル構造は、稠密陰イオンX格子を含み、前記遷移金属は八面体サイトを占有し、かつMgは四面体サイトを占有するが、ただし、前記化合物は、層状MgaVS2、スピネル型MgaCo3O4、層状MgaV2O5、岩塩型MgaMnO、スピネル型MgaMn2O4、スピネル型MgaMn3O4、層状MgaZrS2のいずれでもない化合物。b’が0であり、式MgaMbXyを有する、請求項1に記載の化合物。bは約1であり、yは約2である、請求項1または2に記載の化合物。bは約2であり、yは約4である、請求項1または2に記載の化合物。Mは、Cr、Mn、Ni、Co、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の遷移金属であり、かつXは、O、S、F、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の陰イオンである、請求項1~4のいずれかに記載の化合物。主として遷移金属層間に分散したMg層を主に含む層状物質と同形の単位格子原子配列を有する、請求項1に記載の化合物。スピネル型単位格子と同形の単位格子原子配列を有する、請求項1に記載の化合物であって、Mgは四面体サイトを占有する、化合物。0.8eV未満のマグネシウム拡散障壁を有する、請求項1に記載の化合物。層状MgVO3である、請求項1に記載の化合物。スピネル型MgCr2S4である、請求項1に記載の化合物。0.05≦b’≦3.9である、請求項1に記載の化合物。マグネシウム電池の電極材料として使用するための、式Ab’MgaMbXOzyの化合物であって、式中、Aは、Al、Li、Na、K、Zn、Ag、Cu、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上のドーパントであり、Mは、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Sn、Sb、Bi、Ta、W、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の遷移金属であり、Xは、P、V、Si、B、C、As、S、N、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の陰イオンであり、0≦b’≦3.9であり、0≦a≦3.1であり、0.9≦b≦3.9であり、0.9≦y≦3.9であり、1.9≦z≦3.9であり、かつ前記化合物は、オリビン構造もしくはNASICON構造を有し、または、前記化合物は、LiVP2O7構造もしくはオキシリン酸バナジウムVOPO4構造と同形であるが、ただし、前記化合物は、MgaMnSi04、Mg0.5Ti2PO43のいずれでもない化合物。b’が0であり、式MgaMbXOzyを有する、請求項12に記載の化合物。0≦a≦2であり、bは約1であり、yは約1であり、3≦z≦3.9である、請求項12または13に記載の化合物。0≦a≦3であり、bは約2であり、yは約3であり、3≦z≦3.9である、請求項12または13に記載の化合物。0≦a≦1.53であり、bは約0.5であり、yは約1であり、3≦z≦3.9である、請求項12または13に記載の化合物。単斜晶系または菱面体晶系のNASICON型単位格子と同形の単位格子原子配列を有する、請求項12~16のいずれかに記載の化合物。XはPである、請求項12~17のいずれかに記載の化合物。XOzyがP2O7であり、VP2O7と同形である、請求項12~18のいずれかに記載の化合物。β-VOPO4単位格子と同形の単位格子原子配列を有する、請求項12~16のいずれかに記載の化合物。立方晶二リン酸TiP2O7単位格子と同形の単位格子原子配列を有する、請求項12~16のいずれかに記載の化合物。0.8eV未満のマグネシウム拡散障壁を有する、請求項12~21のいずれかに記載の化合物。オリビンMgFe2PO42である、請求項12に記載の化合物。NASICON型のMgFe2PO43またはMgV2PO43である、請求項12に記載の化合物。0.05≦b’≦3.9である、請求項12に記載の化合物。請求項1~25のいずれかに記載の化合物を、固相合成、共沈、または、マグネシウム含有前駆体からの炭素熱還元により合成する方法であって、該マグネシウム含有前駆体は、MgO、MgOH2、MgCO3、MgS04、MgS、MgF2、MgHPO4、Mg金属、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の化合物である、方法。請求項1~25のいずれかに記載の化合物を合成する方法であって、Cu、Zn、Ag、Na、K、Rb、Cd、Ca、Sr、Ba、およびこれらの組み合わせからなる群より選ばれる1つ以上の金属を含有する前駆体化合物を使用することと、前記金属を化学的または電気化学的に抽出し、化学的または電気化学的な挿入により該金属をMgに置換することと、を含む方法。請求項1~25のいずれかに記載の化合物を含む、マグネシウム電池電極。電極材料として使用するための式Ab’MgaMbXyの化合物を含む、マグネシウム電池電極であって、式中、Aは、Al、Li、Na、K、Zn、Ag、Cu、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上のドーパントであり、Mは、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Zr、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の遷移金属であり、Xは、O、S、Se、F、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の陰イオンであり、0≦b’≦2.9であり、0≦a≦2.1であり、0.5≦b≦2.9であり、1.5≦y≦5.9であり、かつ前記化合物は層構造またはスピネル構造を有し、前記層構造は、稠密陰イオンX格子、八面体配位の遷移金属Mの層、および、完全または部分的に占有されたマグネシウムサイトの層を含み、該金属Mの層と該マグネシウムサイトの層は交互に並び、前記スピネル構造は、稠密陰イオンX格子を含み、前記遷移金属は八面体サイトを占有し、かつMgは四面体サイトを占有するが、ただし、当該化合物は、層状VS2、スピネル型Co3O4、層状V2O5、岩塩型MnO、スピネル型Mn2O4、スピネル型Mn3O4、層状ZrS2のいずれでもないマグネシウム電池電極。マグネシウム電池の電極材料として使用するための式Ab’MgaMbXOzyの化合物を含む、マグネシウム電池電極であって、式中、Aは、Al、Li、Na、K、Zn、Ag、Cu、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上のドーパントであり、Mは、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Sn、Sb、Bi、Ta、W、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の遷移金属であり、Xは、P、V、Si、B、C、As、S、N、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の陰イオンであり、0≦b’≦3.9であり、0≦a≦3.1であり、0.9≦b≦3.9であり、0.9≦y≦3.9であり、1.9≦z≦3.9であり、かつ前記化合物は、オリビン構造もしくはNASICON構造を有し、または、前記化合物は、LiVP2O7構造もしくはオキシリン酸バナジウムVOPO4構造と同形であるが、ただし、前記化合物はMgaMnSiO4、Mg0.5Ti2PO43のいずれでもないマグネシウム電池電極。前記化合物は層構造を有する、請求項28~30のいずれかに記載の電極。前記化合物はスピネル構造を有する、請求項28~30のいずれかに記載の電極。電子導電性の添加剤をさらに含む、請求項28~30のいずれかに記載の電極。前記導電性の添加剤はカーボンブラックである、請求項33に記載の電極。結合剤をさらに含む、請求項28~34のいずれかに記載の電極。前記結合剤は、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、およびこれらの三量体または共重合体からなる群より選ばれる1つ以上の化合物である、請求項35に記載の電極。エネルギー貯蔵デバイスであって、請求項1または12に記載の化合物を含む第1の電極と、マグネシウム金属、マグネシウム合金、または請求項1もしくは12に記載の化合物を含む、第2の電極と、を含むデバイス。再充電可能なマグネシウム電池の利点は一般に知られているが、この種の電池は今まで商品化されていない。Mg電池の商品化に失敗する原因の少なくとも一部は、再充電可能なMg電池の実現に対する、ある中心的な技術的障害、すなわち、相当高い充放電速度でのMgの可逆的な挿入と脱離を可能にする適切な電極材料の欠如という障害が存在することにある。本明細書に記述するMg電池用電極材料は、Mgの拡散に対して低い障壁を示し、同時に、Mgを含有したmagged状態とMgが脱離したde-magged状態の両方でホスト構造の安定性を維持し、かつ、有用な反応電圧と容量を実現する。一態様において、マグネシウム電池の電極材料として使用するための、式Ab’MgaMbXyの化合物を記述する。式中、Aは、Al、Li、Na、K、Zn、Ag、Cu、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上のドーパントであり、Mは、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Zr、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の遷移金属であり、Xは、O、S、Se、F、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の陰イオンであり、0≦b’≦2.9であり、0≦a≦2.1であり、0.5≦b≦2.9であり、1.5≦y≦5.9であり、かつ当該化合物は層構造またはスピネル構造を有し、この層構造は、稠密陰イオンX格子、八面体配位の遷移金属Mの層、および、完全または部分的に占有されたマグネシウムサイトの層を含み、金属Mの層とマグネシウムサイトの層は交互に並び、このスピネル構造は、稠密陰イオンX格子を含み、遷移金属は八面体サイトを占有し、かつMgは四面体サイトを占有するが、ただし、当該化合物は、層状MgaVS2、スピネル型MgaCo3O4、層状MgaV2O5、岩塩型MgaMnO、スピネル型Mn2O4、スピネル型MgaMn2O4、スピネル型MgaMn3O4、層状MgaZrS2のいずれいずれでもない。ある実施形態では、b’は0であり、当該化合物は式MgaMbXyを有する。上記実施形態のいずれかにおいて、bは約1であり、yは約2である。上記実施形態のいずれかにおいて、bは約2であり、yは約4である。上記実施形態のいずれかにおいて、Mは、Cr、Mn、Ni、Co、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の遷移金属であり、かつXは、O、S、F、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の陰イオンである。上記実施形態のいずれかにおいて、当該化合物は、主として遷移金属層間に分散したMg層を主に含む層状物質と同形の、単位格子原子配列を有する。上記実施形態のいずれかにおいて、当該化合物は、スピネル型単位格子と同形の単位格子原子配列を有し、Mgは四面体サイトを占有する。上記実施形態のいずれかにおいて、当該化合物は、0.8eV未満のマグネシウム拡散障壁を有する。上記実施形態のいずれかにおいて、当該化合物は層状MgVO3である。上記実施形態のいずれかにおいて、当該化合物はスピネル型MgCr2S4である。上記実施形態のいずれかにおいて、0.05≦b’≦3.9である。別の態様では、マグネシウム電池の電極材料として使用するための、式Ab’MgaMbXOzyの化合物を記述する。式中、Aは、Al、Li、Na、K、Zn、Ag、Cu、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上のドーパントであり、Mは、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Sn、Sb、Bi、Ta、W、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の遷移金属であり、Xは、P、V、Si、B、C、As、S、N、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の陰イオンであり、0≦b’≦3.9であり、0≦a≦3.1であり、0.9≦b≦3.9であり、0.9≦y≦3.9であり、1.9≦z≦3.9であり、かつ当該化合物は、オリビン構造もしくはNASICON構造を有し、または、当該化合物は、LiVP2O7構造もしくはオキシリン酸バナジウムVOPO4構造と同形であるが、ただし、当該化合物はMgaMnSiO4、Mg0.5Ti2PO43のいずれでもない。上記実施形態のいずれかにおいて、b’は0であり、当該化合物は式MgaMbXOzyを有する。上記実施形態のいずれかにおいて、0≦a≦2であり、bは約1であり、yは約1であり、3≦z≦3.9である。上記実施形態のいずれかにおいて、0≦a≦3であり、bは約2であり、yは約3であり、3≦z≦3.9である。上記実施形態のいずれかにおいて、0≦a≦1.53であり、bは約0.5であり、yは約1であり、3≦z≦3.9である。上記実施形態のいずれかにおいて、当該化合物は、単斜晶系または菱面体晶系のNASICON型単位格子と同形の単位格子原子配列を有する。上記実施形態のいずれかにおいて、XはPである。上記実施形態のいずれかにおいて、XOzyはP2O7であり、当該化合物はVP2O7と同形である。上記実施形態のいずれかにおいて、当該化合物は、β-VOPO4単位格子と同形の単位格子原子配列を有する。上記実施形態のいずれかにおいて、当該化合物は、立方晶二リン酸TiP2O7単位格子と同形の単位格子原子配列を有する。上記実施形態のいずれかにおいて、当該化合物は、0.8eV未満のマグネシウム拡散障壁を有する。上記実施形態のいずれかにおいて、当該化合物は、オリビンMgFe2PO42である。上記実施形態のいずれかにおいて、当該化合物は、NASICON型のMgFe2PO43またはMgV2PO43である。上記実施形態のいずれかにおいて、0.05≦b’≦3.9である。さらに別の態様では、上記クレームのいずれかの化合物を、固相合成、共沈、または、マグネシウム含有前駆体からの炭素熱還元により合成する方法を記述する。このマグネシウム含有前駆体は、MgO、MgOH2、MgCO3、MgSO4、MgS、MgF2、MgHPO4、Mg金属、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の化合物である。さらに別の態様では、上記実施形態のいずれかの化合物を合成する方法であって、Cu、Zn、Ag、Na、K、Rb、Cd、Ca、Sr、Ba、およびこれらの組み合わせからなる群より選ばれる1つ以上の金属を含有する前駆体化合物を使用することと、この金属を化学的または電気化学的に抽出し、化学的または電気化学的な挿入により、この金属をMgに置換することと、を含む方法を記述する。さらに別の態様では、上記実施形態のいずれかの化合物を含む、マグネシウム電池電極を記述する。さらに別の態様では、電極材料として使用するための、式Ab’MgaMbXyの化合物を含む、マグネシウム電池電極を記述する。式中、Aは、Al、Li、Na、K、Zn、Ag、Cu、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上のドーパントであり、Mは、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Zr、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の遷移金属であり、Xは、O、S、Se、F、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の陰イオンであり、0≦b’≦2.9であり、0≦a≦2.1であり、0.5≦b≦2.9であり、1.5≦y≦5.9であり、かつ当該化合物は層構造またはスピネル構造を有し、この層構造は、稠密陰イオンX格子、八面体配位の遷移金属Mの層、および、完全または部分的に占有されたマグネシウムサイトの層を含み、金属Mの層とマグネシウムサイトの層は交互に並び、このスピネル構造は、稠密陰イオンX格子を含み、遷移金属は八面体サイトを占有し、かつMgは四面体サイトを占有するが、ただし、当該化合物は、層状VS2、スピネル型Co3O4、層状V2O5、岩塩型MnO、スピネル型Mn2O4、スピネル型Mn3O4、層状ZrS2のいずれでもない。さらに別の態様では、マグネシウム電池の電極材料として使用するための、式Ab’MgaMbXOzyの化合物を含む、マグネシウム電池電極を記述する。式中、Aは、Al、Li、Na、K、Zn、Ag、Cu、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上のドーパントであり、Mは、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Sn、Sb、Bi、Ta、W、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の遷移金属であり、Xは、P、V、Si、B、C、As、S、N、およびこれらの混合物からなる群より選ばれる1つ以上の陰イオンであり、0≦b’≦3.9であり、0≦a≦3.1であり、0.9≦b≦3.9であり、0.9≦y≦3.9であり、1.9≦z≦3.9であり、かつ当該化合物は、オリビン構造もしくはNASICON型構造を有し、または、当該構造は、LiVP2O7構造もしくはオキシリン酸バナジウムVOPO4構造と同形であるが、ただし、当該化合物は、MgaMnSiO4、Mg0.5Ti2PO43のいずれでもない。上記実施形態のいずれかにおいて、当該化合物は層構造を有する。上記実施形態のいずれかにおいて、当該化合物はスピネル構造を有する。上記実施形態のいずれかにおいて、電極は、電子導電性の添加剤をさらに含む。上記実施形態のいずれかにおいて、この導電性添加剤はカーボンブラックである。上記実施形態のいずれかにおいて、電極は、結合剤をさらに含む。上記実施形態のいずれかにおいて、この結合剤は、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、およびこれらの三量体または共重合体からなる群より選ばれる1つ以上の化合物である。さらに別の態様では、エネルギーを貯蔵するデバイスであって、上記実施形態のいずれかの化合物を含む第1の電極と、マグネシウム金属、マグネシウム合金、または、上記実施形態のいずれかの化合物を含む、第2の電極と、を含むデバイスを記述する。本仕様書で使用する、2つの結晶化合物が同形であるという表現は、両者が同一の結晶構造を有するが、胞寸法および化学組成は必ずしも同一ではなく、当該胞寸法および当該化学組成から予想される原子座標変動性に匹敵する変動性を有する場合をいう。本仕様書で使用する稠密格子という語は、ある格子内の球の密な配列を指す専門用語である。当該技術分野では、稠密充填構造には正規の定型的誘導体normalroutinederivationsが含まれることがよく理解されている。ここに述べられている材料および材料種はマグネシウム-イオン電池におけるマグネシウム挿入材料としての利用することができる。これらの材料内へのマグネシウム挿入の割合はシェブレル相化合物へのマグネシウム挿入に匹敵するか、あるいはそれより優れており、マグネシウムアノードとこれらの材料のうちの1つをアノードとして有する電池は、シェブレル相カソードを有する同様の電池より相当程度高い理論的エネルギー密度および比エネルギーを有している。シェブレル相化合物はR.Chevrel,M.SergentおよびJ.prigentが1971年に最初に報告した三元モリブデンカルコゲニドである。シェブレル相化合物はMxMo6X8の一般式で示される構造を有しており、この式でMは周期表上に見られる多数の金属元素のいずれか1つを示し、xは1から4の間のいずれかの数でその数はM元素に依存しており、Xはカルコゲン硫黄、セレニウム、あるいはテルリウムである。再充電可能なマグネシウムMg電池の電極内の活性材料としての物質について以下に述べる。これらの材料はその材料の充電状態と放電状態の両方で母体結晶構造を通じての高いMg移動性を示し、従って、充電時および放電時に有効な速度での電荷の移送を可能にしてくれる。いくつかの実施形態においては、このマグネシウム材料のマグネシウム拡散障壁は0.8eV未満である。さらに、ここで述べられている材料の低拡散障壁は、その材料のマグネシウム電池内での電極活性材料としての利用を可能にしている。さらに、ここに述べられている材料は有効な反応電圧と高い理論的比容量、そして電気化学反応中の安定性を示す。本出願人らは、驚くべきことに、マグネシウム拡散障壁が0.8eV未満の化合物あるいは材料がそれらの化合物へのマグネシウムの高速挿入およびそれらの化合物からの高速抽出をもたらし、その特性がそれらの化合物のマグネシウム電池内での利用を可能にしてくれることを発見した。いくつかの実施形態においては、ここで述べられている化合物は0.8eV未満のマグネシウム拡散障壁を有している。いくつかの実施形態においては、ここで述べられている化合物は0.7eV未満のマグネシウム拡散障壁を有している。いくつかの実施形態においては、ここで述べられている化合物は0.6eV未満のマグネシウム拡散障壁を有している。いくつかの実施形態においては、ここで述べられている化合物は0.5eV未満のマグネシウム拡散障壁を有している。いくつかの実施形態においては、ここで述べられている化合物は0.4eV未満のマグネシウム拡散障壁を有している。いくつかの実施形態においては、ここで述べられている化合物は0.3eV未満のマグネシウム拡散障壁を有している。いくつかの実施形態においては、ここで述べられている化合物は0.2eV未満のマグネシウム拡散障壁を有している。いくつかの実施形態においては、ここで述べられている化合物は0.1eV未満のマグネシウム拡散障壁を有している。いくつかの実施形態においては、ここで述べられている化合物は50meVより高く0.8eV未満のマグネシウム拡散障壁を有している。いくつかの実施形態においては、ここで述べられている化合物は100meVより高く0.7eV未満のマグネシウム拡散障壁を有している。いくつかの実施形態においては、ここで述べられている化合物は150meVより高く0.6eV未満のマグネシウム拡散障壁を有している。いくつかの実施形態においては、ここで述べられている化合物は200meVより高く0.5eV未満のマグネシウム拡散障壁を有している。ここで述べられている化合物の低マグネシウム拡散障壁は、相当の速度での放電および充電時に効率的な可逆Mg挿入および除去を可能にしてくれ、これらの材料をマグネシウム電極用の電気活性材料としての使用を可能にしてくれる。さらにMg移動障壁が高い材料はMg移動が貧弱であることが予想され、従って比容量が非常に低くなるので、排除されることになろう。Mg障壁の計算に基づくこうした基準はMg移動性が良好な材料知られているものであれ、知られていないものであれを識別するための強力な手段を提供してくれ、Mg電極材料の応用可能性を広げてくれる。1つの態様で、マグネシウム電池内での電極材料として使用するための化学式Ab’MgaMbXyで示される化合物が述べられるが、この化学式において、AはAl、Li、Na、K、Zn、Ag、Cuおよびそれらの混合物で構成される群から選択される1つ以上のドーパントであり、MはV、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ag、Zr、およびそれらの混合物で構成される群から選択される1つ以上の遷移金属であり、XはO、S、Se、Fおよびそれらの混合物で構成される群から選択される1つ以上の陰イオンであり、0≦b’≦2.9であり、0≦a≦2.1であり、0.5≦b≦2.9であり、1.5≦y≦5.9であり、かつその化合物は層状構造あるいはスピネル構造を有しており、その層状構造は密集陰イオンX格子、八面体構造に組織された遷移金属M、および完全に、あるいは部分的に占有されたマグネシウムサイトの層で構成されており、金属Mの層とマグネシウムサイトの層は交互に繰り返される構造になっており、スピネル構造は密集陰イオンX格子で構成されており、遷移金属が上記八面体サイトを占めており、Mが四面体サイトを占有していて、非層状MgaVS2、スピネル型MgaCo3O4、層状MgaV2O5、岩塩型MgaMnO、スピネル型Mn2O4、スピネル型MgaMn2O4、スピネル型MgaMn3O4、あるいは層状MgaZrS2の構造になっている。いくつかの実施形態において、この化合物は非層状Ab’MgaVS2、スピネル型Ab’MgaCo3O4、層状Ab’MgaV2O5、岩塩型Ab’MgaMnO、スピネル型Ab’MgaMn2O4、スピネル型Ab’MgaMn3O4、あるいは層状Ab’MgaZrS2である。いくつかの実施形態においては、この化合物は非層状VS2、スピネル型Co3O4、層状V2O5、岩塩型MnO、スピネル型Mn2O4、スピネル型Mn2O4、スピネル型Mn3O4、あるいは層状ZrS2である。1つの実施形態において、b’は0であり、この化合物はMgaMbXyの式で表される構造を有している。いくつかの実施形態においては、b’は0ではなく、ドーパントAは遷移金属と部分的に置き換わっており、電極材料の性能あるいはコスト性を向上させている。マグネシウムアノードとこれらの金属で構成されるカソードを含む電池は、炭素挿入アノードによって特徴付けられる現在市販されているリチウム-イオン電池より高い理論的エネルギー密度と比容量を有している。特定の実施形態においては、上記材料は層状の化合物で、MgaMbXyの一般式で示され組成を有しており、Mは金属陽イオンかあるいは金属陽イオンの混合物で、Xは陰イオン、あるい陰イオンの混合物である。いくつかの実施形態においては、Xは酸素O、硫黄S、セレニウムSeあるいはフッ素F、またはそれらの混合物である。その構造はO、S、Se、あるいはFの密集格子であり、例えば、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、あるいはそれらの混合物で構成される群から選択されるMg抽出中に酸化され得る八面体構造に組織化された層と十分かあるいは部分的に占有されたマグネシウムサイトの層とが互い違いになっている。特定の実施形態においては、MはCr、Mn、Ni、Coおよびそれらの混合物で構成される群から選択される1つ以上の遷移金属であり、XはO、S、Fおよびそれらの混合物で構成される群から選択される1つ以上の陰イオンである。他の実施形態において、MはV、Cr、Mn、Fe、Coおよびそれらの混合物で構成される群から選択される1つ以上の遷移金属であり、XはO、S、Fおよびそれらの混合物で構成される群から選択される1つ以上の陰イオンである。いくつかの実施形態において、b’は0である。いくつかの実施形態においては、上記化合物は酸化された状態にあり、aはほぼ0である。いくつかの実施形態においては、上記化合物は還元された状態にあり、aはほぼ2である。いくつかの実施形態においては、bは約1であり、yは約2である。他の実施形態においては、bは約2であり、yは約4である。特定の実施形態においては、b’は0.05≦b’≦2.9の範囲である。特定の実施形態においては、b’は0.05≦b’≦2.0の範囲である。特定の実施形態においては、b’は0.05≦b’≦1.5の範囲である。特定の実施形態においては、b’は0.05≦b’≦1.0の範囲である。特定の実施形態においては、b’は0.1≦b’≦2.0の範囲である。特定の実施形態においては、b’は0.2≦b’≦1.5の範囲である。特定の実施形態においては、aは0≦a≦2の範囲である。特定の実施形態においては、aは0.5≦a≦1.5の範囲である。特定の実施形態においては、aは0.75≦a≦1.25の範囲である。特定の実施形態においては、bは0.5≦b≦2の範囲である。特定の実施形態においては、bは0.75≦b≦1.5の範囲である。特定の実施形態においては、bは0.75≦b≦1.0の範囲である。特定の実施形態においては、aは0.75≦b≦1.25の範囲である。特定の実施形態においては、yは1.5≦y≦5.0の範囲である。特定の実施形態においては、yは2.0≦y≦4.5の範囲である。特定の実施形態においては、yは2.5≦y≦3.5の範囲である。特定の実施形態においては、yは3≦y≦3.5の範囲である。a、b、b’およびyの全ての範囲は上に述べたa、b、b’およびyのいずれかと組み合わせることができる。1つ以上の実施形態において、上記材料は層状の遷移金属酸化物、硫化物、セレン化物を含んでおり、八面体に組織化された遷移金属が十分かまたは部分的に占有されたマグネシウムサイトの層と互い違いになっている。いくつかの特殊な実施形態においては、上記の層状化合物は遷移金属サイト上にV、Cr、Ni、Mn、Co、あるいはそれらの混合物などの遷移金属を含んだ酸化物を含んでいる。2つの遷移金属イオンあたりほぼ1つのマグネシウムイオンを挿入できる組成物の例としては、CoMn2O6およびCrS2などがある。他の実施形態においては、上記材料は遷移金属としてV、Mn、あるいはCrを含む硫化物およびセレン化合物を含んでいる。これらの硫化物およびセレン化合物は低電圧約0.25Vから約2.25V対Mg/Mg2を提供し、マグネシウム挿入アノードにおいても有用である。いくつかの実施形態においては、ここに述べられている化合物は主に遷移金属層間に分散されたMg層を主に含んでいる層状物質と同型である単位格子原子配列を含んでいる。いくつかの実施形態において、ここに述べられている化合物はスピネル単位格子に対して同型である単位格子原子配列を含んでおり、Mgが四面体サイトを占有している。いくつかの実施形態においては、上記化合物は層状のMgVO3である。いくつかの特殊な実施形態においては、上記化合物はMgCr2S4スピネルである。いくつかの実施形態において、ここに述べられている化合物はAMX2などのような化合物における格子陽イオンとマグネシウムの陽イオン交換によって合成することができ、上の式においてAは好ましくはNa、K、Cu、Agであり、XはO、S、SeあるいはFである。この目的のために利用可能と識別される開始組成物はNaCrS2、NaVS2、CuFeO2、CuCoO2、NaCoO2、CuNi0.33V0.67O2、KCrS2、AgNiO2、AgCrO2、KCrO2、NaCrSe2、NaVSe2などである。いくつかの実施形態において、陽イオンAは電気化学的あるいは化学的に除去されたり交換される。これらの実施形態においてはLiが用いられるLiCOO2あるいはLiNiO2の使用について述べている米国特許弟6426164号参照。リチウムはそのサイズの故に、いくつかの三元層状遷移金属酸化物の格子パラメータを変えてしまう可能性があり、上に示したAサイト陽イオンと比較して、母体構造内へのMgの移動に対してはより不都合である。さらにLi/Mのいくつかの組み合わせでは、Li層に飛び込む遷移金属の無秩序さの程度をより大きくしてしまい、Mg移動を抑制してしまう可能性がある。ここで提案しているAサイト陽イオンは、AがNa、K、CuあるいはAgである場合に、この無秩序さを緩和させ、Mgの母体構造への出入りをより容易にしてくれる。いくつかの実施形態において、マグネシウムバナジウム酸化物はMgV2O5およびMgVO3などである。V2O5へのMg挿入についてはこれまでにも調べられてきたが、MgV2O5が直接合成され、Mgが電気化学的に除去される研究はなかった。合成されたままのMgV2O5の構造は、それらの間にV2O5層の異なった積層があるので、合成されたままのV2O5の構造とは異なっている。このことにより、2つの形態のMgV2O5内でのMg拡散に違いが発生する。このことから、直接合成とその後のMgの電気化学的除去が好ましい。いくつかの実施形態において、Mg電池内での電極材料として四面体構造の酸化バナジウムMgVO3が用いられる。いくつかの実施形態において、上記化合物はスピネル型MgAl2O4である。他の実施形態において、上記化合物はスピネルMgAl2O4と同型の構造を有している。スピネルとは立体等長性結晶系に結晶するタイプの化合物で、その酸化物陰イオンは立体的な密集格子状に配列されており、陽イオンAおよびBがその格子内の八面体および四面体サイトの一部あるいは全てを占有している。一部のスピネルでは、その四面体サイトがMgで形成されている場合に、その格子が立体構造から四面体構造に歪められる。この電気活性マグネシウムスピネル化合物はMgaMbXyで示される構造を持つことができ、この式でMは例えば、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Zr、あるいはそれらの混合物で構成される群から選択されるような金属陽イオンか金属陽イオンの混合物であり、Xは陰イオンか陰イオンの混合物で、最も一般的には、酸素O、硫黄S、セレニウムSeあるいはフッ素Fである。ここで述べられている好ましい材料の場合、これらの遷移金属は八面体サイトを占有しており、マグネシウムが四面体サイトを占有している。すべての四面体サイトがMg以外の金属陽イオン例えばCo3O4で占められているスピネル材料は、それらがMg拡散に対して高い障壁を示すので、除外される。例えば、Co3O4内のCoは四面体および八面体サイトの両方を占有するので、Mg挿入を行うと、その構造はスピネル型ではなくて、岩塩型構造に近くなってしまう。いくつかの実施形態において、Al、Li、ZnおよびMgなどの他の元素を遷移金属と部分的に置換して、その電極材料の性能とコスト性を向上させることもできる。マグネシウムイオンは電気化学的に>150mAh/gより大きな比容量をつくりだしている材料から部分的或いは完全に可逆的に抽出することもできる。マグネシウムアノードとこれらの材料を含むカソードでできている電池は市販されているリチウムイオン電池より高いエネルギー密度と比エネルギーを生み出すことができる。他の実施形態において、上記化合物はMgMn2O4である。これらの実施形態においては、上記化合物は正方形状を有している。他の実施形態においては、正方形状への立体的変形が起きて、Mg対Mn比率が増大する場合もある。いくつかの特殊な実施形態においては、2以下である。さらに別の実施形態においては、ここに述べられている化合物はスピネル型MgMn2O4である。さらに別の実施形態においては、上記化合物は以下の遷移金属、つまり、Ni、Ni/Mn、Co、Ni/Mn/Co、Fe、Cr、Cr/Mn、V、あるいはV/Crなどを含むスピネルである。Mgとマンガン酸化物との間の反応に関する上に述べた研究の中には、LiがLiMn2O4から取り出され、Mgと化学的あるいは電気化学的に置換された研究も含まれている。Kurihawaetal.,ChemistryLettersVol.37,376-3772008では、MgMn2O4がここで述べられている前駆体の組み合わせ事例の1つつまりMgOとMn2O3からつくられ、ここで述べられているような固相合成、炭素熱還元、あるいは共沈殿法ではなくて、CF片を用いた気圧超短波放電によってMgMn2O4の合成を誘発させた。さらに、以下の反応によって、その材料からMgを引き出すことによって、そのスピネル型構造内で最高のMg拡散が得られる。MgMn2O4→Mg1-xMN2O4xMg22xe-[1]従って、より好ましいMg拡散は、より高い程度の、そして本明細書に述べられているモデル化研究によれば~2.9VvsMg/Mg2の範囲での容量の理論的限界270mAh/gにより近いMg抽出を可能にするであろう。対照的に、Kurihawaらは2.0および-0.5VvsMg/Mg2でのMgMn2O4へのMg挿入についてのみ研究しているだけで、従って彼らの実験における反応は以下の式に対応する。MgMn2O4xMg22xe-→Mg1xMn2O4[2]3Vマグネシウムカソード材料の実験的な検証結果を図1と2に示す。図1は一連のXRDスペクトルで、化学的なMg取り出しとMgMn2O4相への電気化学的なMgの再挿入を示している。図2は正方スピネル型MgMn2O4の開始時の充電/放電テストを示している。これらのデータから、約2.7Vで上記スピネルからのマグネシウム電気化学的取出し反応[1]が開始されることが明らかである。MgMn2O4へのマグネシウム挿入用の電圧計算値である~1.7Vで、勾配に変化が起こり始めている。この計算は、この相が低電圧反応[2]中にかなり高い拡散障壁を示すことを示唆しており、これは我々とKurihawaらの実験領域で観察された最小限容量に関する説明を与えている。その結果、本願で述べられているスピネル型材料は式[1]で示されるMg抽出反応を行うことができるものを目標にしている。特定の実施形態では、これらスピネル型化合物はCr、V、Fe、Co、Ni、Mnおよびそれらの混合物で構成される群から選択される1つ以上の金属を遷移金属として含む酸化物である。非限定的な例としては、MgCr2O4、MgV2O4、MgFe2O4、MgMg5V4O12、MgCo2O4、MgMn2O4、MgNi2O4、MgCrVO4、MgCrCoO4、MgNiMnO4、MgCoMnO4、MgMnVO4、MgFeNiO4、MgCrNiO4、MgNiVO4、MgCoVO4、Mg3FeV5O12、Mg3MnV5O12、Mg2CrV3O8、Mg2VCr3O8、Mg2FeV3O8、Mg2VFe3O8、Mg3CrV5O12、Mg3Fe2V4O12、Mg3Fe1V5O12、Mg3V1Mn5O12、Mg3Cr2V4O12、Mg3V2Fe4O12、Mg3Cr1V5O12、Mg3Cr4V2O12、Mg3Cr4V2O12、MgFeVO4、MgNiVO4、Mg3Ni2V4O12、Mg2MnV3O8、Mg3Co2V4O12、Mg2NiMn3O8、Mg3NiMn5O12、Mg3Ni2Mn4O12、Mg2NiFe3O8、Mg3Ni1Fe5O12、Mg3Ni2Fe4O12、Mg3Ni1Cr5O12、Mg2NiCr3O8、Mg3Ni2Cr4O12などがある。他の実施形態において、上記スピネル型化合物はZr、V、Mn、Crおよびそれらの混合物で構成される群から選択される1つ以上の金属を含硫化物およびセレン化合物のスピネル型化合物などである。非限定的な例としては、MgZr2S4、MgZr2Se4、MgV2Se4、MgCr2S4、MgCr2Se4、MgMn2S4、MgMn2Se4、MgCrVS4、MgCrVSe4、などがある。いくつかの実施形態において、これらの材料はカソード活性材料として用いられる。その他の実施形態において、これらの材料は低電圧約0.25Vから約2.5V対Mg/Mg2を提供し、マグネシウム挿入アノード活性材料として用いられる。スピネル型化合物は様々な方法で合成することができる。いくつかの実施形態においては、スピネル型化合物は固体状態合成で合成することができ、この方法ではMgOかMgOH2をMn2O3などのマンガン酸化物と反応させて、MgMn2O4をつくり出す。別の合成ルートは、後で加熱するために細かく分かれた混合物を得るために、溶液例えば水溶液などからの上の反応の共沈殿を行うステップを含んでいる。その他の実施形態においては、これらの材料は2段階反応によって合成され、この2段階反応においては、最初に、Mg以外の二価金属を遷移金属の二元化合物とを反応させて、スピネル構造を有しその四面体構造サイト内で非Mg二価金属が好ましい配列になっている中間籠物を形成する。第2のステップではそのプレースホルダー非マグネシウム陽イオンの取り出しとマグネシウムの挿入が行われる。例えば、ZnC2O42H2OV2O5C→ZnV2O42CO2CO2H2Oの反応が行われ、その後で、Mg挿入を行って、MgV2O4が形成される。いくつかの実施形態においては、上記2段階反応のための介在物としてCuMn2O4、CuFe2O4、ZnCr2O4、ZnFe2O4などが用いられる。いくつかの実施形態において、MgCr2SとZr、V、MnおよびCrとそれらの混合物を含む硫化物スピネルを、MgSと二元遷移金属硫化物を固体状態合成の条件下で、例えば、MgSCr2S3→MgCr2S4の反応を行わせて単一ステップで合成する。他の実施形態においては、これらの材料は2段階反応で合成され、この場合、最初に非Mg二価金属硫化物を固体状態条件下で二元遷移金属硫化物と反応させてスピネル構造と上記非Mg二価金属が正方組織サイトを占有している好ましい配列を有する中間化合物を形成する。2番目のステップでは上記プレースホルダー非Mg二価陽イオンの取り出しと、それに続くマグネシウム挿入が行われる。いくつかの実施形態においては、CuSCr2S3→CuCr2S4の反応が行われて、次に、化学的あるいは電気化学的Cu抽出が行われて、その後でMg挿入が行われて、MgCr2S4が形成される。この2段か反応の中間化合物の非限定的な例としては、CuV2S4、ZnCr2S4、CuCo2S4、CuZr2S4、CuCr2S4などがある。別の態様で、マグネシウム電池で電極材料として使用するための、化学式Ab’MgaMbXOzyで示される化合物について述べるが、この化学式で、AはAl、Li、Na、K、Zn、Ag、Cuおよびそれらの混合物で構成される群から選択される1つ以上のドーパントであり、MはTi、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Sn、Sb、Bi、Ta、Wおよびそれらの化合物で構成される群から選択される1つ以上の遷移金属であり、XはP、V、Si、B、C、As、S、Nおよびそれらの混合物で構成される群から選択される1つ以上の陰イオンであり、0.9≦b’≦3.9であり、0≦a≦3.1であり、0.9≦b≦3.9であり、0.9≦y≦3.9であり、1.9≦z≦3.9であり、かつ上記化合物がMgaMnSiO4やMg0.5Ti2PO43でなければ、オリビン構造あるいはNASICON型構造を有しているか、あるいは上記化合物がLiVP2O7構造かバナジウムオキシ-ホスフェートVOPO4構造と同型である。いくつかの実施形態において、MはTi、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Sn、Sb、Bi、Ta、あるいはWなどの金属陽イオンであり、Xは炭素C、ホウ素B、リンSi、ケイ素S、窒素N、砒素Asなどの非金属陽イオンである。いくつかの実施形態において、上記化合物はポリアニオン系XO2で構成されている。いくつかの実施形態において、この化合物はオリビン構造を有している。別の実施形態においては、上記化合物はNASICON型構造を有している。これらの材料はオリビンタイプの構造、NASICON型タイプの構造、二リン酸塩タイプの構造、あるいはバナジウムオキシ-ホスフェートタイプの構造を有している場合もある。いくつかの実施形態において、b’は0であり、上記化合物は化学式MgaMbXO2yで示される組成を有している。いくつかの実施形態において、上記化合物は酸化された状態にあり、aは約0である。いくつかの実施形態において、上記化合物は還元された状態にあり、aは約2である。いくつかの実施形態においては、bは約1であり、yは約2である。他の実施形態においては、bや約2であり、yは約3.9である。特定の実施形態においては、b’は0.05≦b’≦2.9の範囲である。特定の実施形態においては、b’は0.05≦b’≦2.0の範囲である。特定の実施形態においては、b’は0.05≦b’≦1.5の範囲である。特定の実施形態においては、b’は0.05≦b’≦1.0の範囲である。特定の実施形態においては、b’は0.1≦b’≦2.0の範囲である。特定の実施形態においては、b’は0.2≦b’≦1.5の範囲である。特定の実施形態においては、aは0≦a≦2の範囲である。特定の実施形態においては、aは0.5≦a≦1.5の範囲である。特定の実施形態においては、aは0.75≦a≦1.25の範囲である。特定の実施形態においては、bは0.5≦a≦2の範囲である。特定の実施形態においては、bは0.75≦a≦1.5の範囲である。特定の実施形態においては、bは0.75≦a≦1.0の範囲である。特定の実施形態においては、aは0.75≦a≦1.25の範囲である。特定の実施形態においては、yは1.0≦y≦3.9の範囲である。特定の実施形態においては、yは1.5≦y≦3.5の範囲である。特定の実施形態においては、yは2.0≦y≦3.0の範囲である。特定の実施形態においては、yは3≦y≦3.5の範囲である。特定の実施形態においては、yは1.0≦y≦2.0の範囲である。特定の実施形態においては、zは2.0≦y≦3.9の範囲である。特定の実施形態においては、yは2.5≦z≦3.5の範囲である。特定の実施形態においては、yは2.5≦z≦3.0の範囲である。特定の実施形態においては、yは3≦z≦3.5の範囲である。a、b、b’、zおよびyのすべての範囲は、上に述べたa、b、b’、zおよびyのいずれとでも組み合わせることができる。いくつかの実施形態においては、aが0≦a≦2の範囲である場合に、bは約1、yは約1、そして3≦z≦3.9である。他の実施形態において、aが0≦a≦3の範囲である場合に、bは約2、yは約3、そして3≦z≦3.9である。さらに他の実施形態においては、aが0≦a≦1.53の範囲である場合に、bは約0.5、yは約1、および3≦z≦3.9である。いくつかの実施形態においては、ここで述べられている化合物はLiFePO4と同型であり、この構造で、Liサイトは十分に、あるいは部分的にマグネシウムによって占有されており、Feサイトは遷移金属に占有されており、かつPサイトは陽イオンによって占有されている。マグネシウムアノードとこれらの材料で構成されるカソードを含んでいる電池は、市販されているリチウムイオン電池と同等か、あるいはそれより高いエネルギー密度および比エネルギーを有するべきである。いくつかの実施形態においては、マグネシウム電池内で電気活性材料として使用するのに適した特定のオリビン、NASICON型、ニリン酸塩構造、あるいはバナジウムオキシ-ホスフェートタイプの構造を有する化合物が開示される。特定の実施形態においては、マグネシウム電池材料あるいは化合物はオリビン構造のLiFePO4と同型であり、このLiFePO4はFeサイト上にMn、Fe、Co、Ni,Cr、Cuあるいはそれらの混合物を含んでおり、Pサイト上にはP、As、Si、あるいはSを含んでいる。こうした材料あるいは化合物の非限定的な化合物としては、MgFe2PO42、MgCr2PO42、MgMn2PO42、Mg2MnPO42、Mg3Fe3PO44、MgCo2PO42、Mg3Co3PO44、MgNi2PO42、MgMnFePO42、、MgMnCo2PO42などがある。オリビン構造の材料は様々な方法で合成することができ、例えば、LiFePO4からLiを化学的あるいは電気化学的に除去して、その後にFePO4をMgと反応させる方法で合成することができる。これらの方法はLiサイト上にMgを適切な配列で導入することを可能にしてくれる。他の実施形態においては、上記材料はMg-を含有する前駆体から直接の固体状態合成によってつくられる。特定の実施形態においては、上記のマグネシウム材料は菱面体晶あるいは単斜系のNASICON型Na3Zr2Si2PO12構造を有しており、この構造では、Zrサイトは少なくとも部分的には遷移金属Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Sn、Sbによって占有されており、SiおよびPサイトはAl、P、Si、VまたはAsで占有されており、OサイトはOによって占められている。マグネシウムはその材料全体で多数の低エネルギーNaサイト上に位置していてもよい。例示的な材料はMg0.5V2PO43、MgV2PO43、Mg0.5Ti2PO43、Mg1.5Cr2PO43などである。いくつかの実施形態においては、ここに述べられている化合物は、ここに述べられている化合物は単斜晶あるいは菱面体晶系のNASICON型単位格子と同型の単位格子原子構成を有している。特定の実施形態においては、上記材料はLiVP2O7構造と同型であり、この場合、Liサイトはマグネシウムによって十分に、あるいは部分的に占有されており、PサイトはPによって占有され、OサイトはOで占有されている。特殊な実施形態においては、上記LiVP2O7に基づく構造がTi、V、Cr、Mn、Fe、Mo、あるいはそれらの混合物をVサイト上に含んでいる。特定の実施形態においては、上記材料はバナジウムオキシ-ホスフェートVOPO4構造と同型である。VOPO4はいくつかの多様な構造アルファ、ベータ、デルタ、オメガ、イプシロン、ガンマで見られる公知のオキシ-ホスフェートで、水和状態と脱水状態の両方がある。いくつかの実施形態においては、上記化合物は電気化学的性質とMg移動性を示す構造を有しており、Mg挿入電極として用いられる。バナジウムオキシ-ホスフェート化合物の中では、ベータ型のVOPO4がマグネシウム挿入および除去に関して優れた安定性を示し、その容量も優れていて、最大でバナジウム原子1個あたりマグネシウムイオン1個までの容量を示す。いくつかの実施形態においては、上記化合物はベータ型VOPO4単位格子と同形の単位格子原子構成を有している。いくつかの実施形態においては、では、上記化合物はベータ型VOPO4である。さらに別の実施形態においては、立体TiP2O7構造を有している金属二リン酸塩化合物内に化学的あるいは電気化学的な方法で、マグネシウムを挿入することができる。非限定的な例としては、TiP2O7およびMoP2O7などがある。VP2O7などのVP2O7構造を有する化合物も立体二リン酸塩の場合よりやや遅い速度でマグネシウムを挿入することができる。二リン酸塩タイプの範囲内で想定される他の化合物としては、Mg0.5TiP2O7、Mg0.5VP2O7、Mg0.5CrP2O7、Mg0.5MoP2O7、Mg1CrP2O7、Mg1MnP2O7、Mg1CoP2O7、Mg1NiP2O7などがある。いくつかの実施形態においては、上記化合物は立体二リン酸塩TiP2O7単位格子と同形の単位格子原子構成を有している。いくつかの特殊な実施形態においては、上記化合物はオリビン構造のMgFe2PO42である。他の特殊な実施形態においては、XはPである。さらに別の特殊な実施形態においては、上記化合物はNASICON型のMgFe2PO43あるいはMgV2PO43である。いくつかの実施形態においては、b’は0ではなく、ドーパントAが遷移金属と部分的に置換しており、電極材料の性能とコスト性を向上させてくれる。マグネシウムアノードとこれらの材料で構成されるカソードを含んでいる電池は炭素質挿入アノードを特徴とする現在市販されているリチウムイオン電池と比較して、理論的エネルギー密度と比エネルギーも優れている。合成方法さらに別の態様においては、ここで述べられている1つの化合物を合成する方法を示しており、この方法では、固体状態での合成、共沈殿、あるいはマグネシウム含有前駆体からの炭素熱還元が用いられ、上記のマグネシウム含有前駆体はMgO、MgOH2、MgCO3、MgSO4、MgS、MgF2、MgHPO4、Mg金属、およびそれらの混合物で構成される群から選択される1つ以上の化合物を含んでいる。いくつかの実施形態においては、一般式として層状MgaMbXyスピネル型MgaMbXyポリアニオン系MgaMbXOzyで示され、Mg電極材料としてここに述べられている材料は、固体状態反応か溶液からの共沈殿のいずれか、あるいは固体前駆体からの炭素熱還元によって、Mg含有前駆体酸化物、水酸化物、炭酸塩、シュウ酸塩、硫酸塩などから直接つくられる。例えば、MgMn2O4スピネルは、1MgO0.403gと2Mn2O31.58gの固体状態反応などのセラミック法を用いて直接合成することができる。その粉末を最初にすり鉢と乳棒を用いて、あるいは好ましくはシェーカーや平板型ミリングを用いて混合し、その前駆体が完全に分散されるようにする。その後、粉末のまま加熱するか、あるいは好ましくは最初に固体状態での分散を容易にするために微粒子化して、それから大気中、あるいは窒素かアルゴンガス中で500~700°Cの温度で加熱する。上の反応条件を用いると、MgOH2Mn2O3などのその他のMg前駆体を用いて、MgMn2O4およびH2O蒸気を形成することもできる。他の実施形態において、上記電極材料MgMn2O4は小さな粒子サイズを得るために水溶液からの共沈殿を用いて直接合成される。いくつかの実施形態においては、MgSO4とMnSO4H2Oが1:2のモル比で水に溶解されて、その溶液を通じて窒素ガスの泡が出ている間に約1モルの上記前駆体の溶液がつくられる。その溶液に、その溶液から泡が出ている間に、濃縮水溶液約2.5モル溶液に約4.5モルのNaOHを溶かしたものを滴下して加えて水酸化物を形成する。その後、沈殿物をろ紙に集めて、脱イオン水で洗浄し、その後大気中で50~100°C好ましくは70°Cで乾燥する。その後、そのサンプルを300°Cから700°Cの温度でアニーリングすることで、結晶粒子を成長させることができる。いくつかの実施形態においては、上に述べたようなMg含有スピネル材料の合成中に、時々MgOを純粋な相として得ることができ酸化物や硫化物などを合成しているかいないかは関係なく、これは電気的にもイオンとしても極めて絶縁性が高い可能性がある。マグネシウムのスピネル材用を形成するための別の方法は、MgO形成を回避するか、あるいはその可能性を減らすことを目的としている。Mg挿入のためのスピネル材料を形成する方法では、最初に、Cu、Zn、Ag、Li、Na、KあるいはCa形態の材料を合成することが必要で、その後、その材料からMgまたはLi電池の電極に電気化学的に充電するか、あるいは酸か酸化剤で化学的に抽出するかの方法でその材料からCu、Zn、Ag、Li、Na、KあるいはCaを抽出して、化学的あるいは電気化学的な手段を用いてMgと置換させることが必要である。いくつかの実施形態においては、ZnSO4およびMnSO4H2Oの水溶液からの共沈殿を用いてZnMN2O4を合成し、その後、MgO形態を避けるために硝酸を用いて、Znが抽出される。他の実施形態においては、固体状態反応が用いられる。いくつかの特殊な実施形態においては、CuSとCr2S3を不活性気体あるいは密封した容器内で600°Cから1000°Cの範囲の温度下で反応させて、Cu2Cr2S4スピネルを形成する。その後、Cuを化学的あるいは電気化学的に除去して、Mgを化学的あるいは電気化学的に再挿入する。いくつかの実施形態においては、ここに記載の化合物を合成する方法が開示されており、この方法では、Cu、Zn、Ag、Na、K、Rb、Cd、Ca、Sr、Baおよびそれらの組み合わせで構成される群から選択される1つ以上の金属を含む前駆体を用い、その前駆体内のCu、Zn、Ag、Na、K、Rb、Cd、Ca、Sr、あるいはBaは電気化学的に抽出され、化学的あるいは電気化学的挿入によってMgと置き換えられる。いくつかの特殊な実施形態においては、上に述べた層状あるいはスピネル材料の調製は2段階手順で達成され、その手順においては、層状材料内のMg層の四面体スピネルサイトあるいは八面体体サイト内のMgの場所を占有しているNa、K、Li、Cu、Ag、Zn、Caを用いて合成される。その後、そのスピネルの四面体あるいは層状材料のMg層の八面体サイトからのプレースホルダー陽イオンNa、K、Li、Cu、Ag、Zn、Caを、その中間体を化学酸化剤あるいは酸性溶液例えば、pH=約1のHClに室温で攪拌しながら6~24時間浸すことによって、化学的に抽出することができる。その後、サンプルを脱イオン水で洗浄して、室温下、減圧状態10-3Torrで乾燥するか、あるいは60°Cから120°Cで大気圧下または減圧状態10-3Torrで乾燥する。そして、先ず、上記スピネル材料、伝導性炭素例えば、スーパーP、Mg金属カソード、Mg合金カソードあるいは低電圧Mg含有挿入材料を含む電気化学電池に入れられる結合材例えば、PVdF、およびMg含有電解質を含む電極を作製することによって、Mgイオンを空いている四面体サイトに挿入する。その後、放電が行われてスピネル構造の空いている四面体サイトにMg挿入が行われるので、ホスト構造にMgが高度に拡散される。あるいは、サンプルを300超のジブチルマグネシウムをヘプタンに溶かした溶液に入れて20°Cから40°Cの温度で5日から2週間攪拌することによってもたらされる化学的挿入の方法で、上記スピネル構造の空いている四面体サイトあるいは層状材料の空いているMg八面体サイトにMgイオンが挿入される。他の実施形態において、電気活性Mg層状あるいはスピネル材料が合成される。これらの特殊な実施形態においては、四面体スピネルサイトのMgの場所や層状材料の八面体Mgサイトを占有しているNa、K、Li、Cu、Ag、Zn、Caあるいはそれらの混合物を含んだ中間体化合物が電池の電極の電気活性材料として用いられる。この電極は電導性のカーボンブラックとPVdF結合材も含んでいる。この電池はさらに、非水性Liイオン伝導性電解質とLi金属カソードも含んでいる。この電池はプレースホルダー陽イオンを確実に抽出できるようにする電圧例えばLiLiMn2O4の場合4.3Vに定電流で充電され、約10時間、あるいは荷電容量が理論値例えば、LiMn2O4の場合に125mAh/gおよび150mAh/gの80から100の範囲になるまで、定電圧状態に保持される。この時点で、上記電池は解体され、炭酸ジメチルか炭酸ジエチルで洗浄されて、残留Li塩が取り除かれる。その後、その電極は室温減圧下10-3Torrか、大気圧あるいは減圧状態10-3Torr下で60°Cから120°Cの温度下かのいずれかで乾燥される。Mgイオンはスピネル構造の空になっている四面体サイトか層状材料の空のMg八面体サイトに挿入することができるので、Mg金属カソードあるいは低電圧Mg含有挿入材料およびMg含有電解質を含んだ電気化学的電池内にその電極を入れることで、ホスト構造内での高いMg拡散を可能にしてくれる。その後に放電を行うと、スピネル構造の空になっている四面体サイトか層状材料の空のMg八面体サイトにMgを挿入されるので、ホスト構造内での高いMg拡散が可能になる。あるいは、そのサンプルを300超のジブチルマグネシウムをヘプタンに溶かした溶液に入れて、20°Cから40°Cの温度で5日間から2週間攪拌することでMgイオンを挿入することで、スピネル構造の空になっている四面体サイトか層状材料の空のMg八面体サイトにMgイオンを挿入することができる。いくつかの実施形態において、Mg含有前駆体の直接合成から、様々なタイプのMg含有多価陽イオン電極材がつくられる。他の実施形態においては、2段階の手順でMg含有ポリアニオン系電極材がつくられ、この手順では、Mgサイトを占有しているCu、Zn、Ag、Li、Na、KあるいはCaを用いて、中間体化合物がつくられる。その後、プレースホルダー陽イオン例えば、Cu、Zn、Ag、Li、Na、KあるいはCaなどを化学的あるいは電気化学的に取り除き、Mgが化学的あるいは電気化学的に空になっているサイトに挿入される。いくつかの実施形態においては、二価マグネシウムおよび二価遷移金属から形成されるオリビン構造あるいはその他のポリアニオン系が、それら陽イオンの等電荷性の故に意図されたMgサイトと上記二価遷移金属間に高度の混合をもたらす。そうした混合はホスト構造内でのMg分散を相当程度抑制する可能性がある。例えば、Mg1.03Mn0.97SiO4へのMg挿入に関するNuliらによる研究は、サイトにかなりの無秩序があって彼らの研究では8-11、そのことがこの材料の理論的容量の1/2以下しかMg挿入を可能にしていないことを示している。この格子サイトへのこれら陽イオンの分離を誘発するために一価のLi、Na、J、Cu、Agを用いると、そうした問題が発生する可能性を引き下げてくれる。一般的に、Mg2、M2およびSiO42-のオリビン構造を形成するためにMg含有前駆体を用いると、その他のオキシ陰イオン材料例えば、リン酸塩、ヒ酸塩、硫酸塩を形成する場合と比較して、等電荷性混合がより高いレベルで起きる可能性がある。同様に、MakinoらJ.PowerSource112,85-89,2002によって研究されたMg0.5Ti2PO43のNASICON型構造は、いくつかのMgタッピングによる限定的なMg移行に対応するFeあるいはCrによるTiの置換によってその材料を作成した場合の格子構造および単位電池容量における微妙な変化を示している。いくつかの実施形態においては、ここで述べられている2段階手順を用いて調製された場合には、ある種のNASICON型材料はより好ましい格子パラメータを示すが、この手順においてはそのプレースホルダー陽イオンがMgサイトを占有しているLi、Na、K、Cu、Zn、Ag化合物の中間体合成を必要とする。その後で、これらプレースホルダー陽イオンが化学的あるいは電気化学的に取り除かれて、Mgが前のパラグラフで述べたように化学的あるいは電気化学的に挿入される。いくつかの特殊な実施形態においては、Li-チタンNASION構造がMg-チタンNasiconと比較してやや大きめな電池容量を示すLi1Ti2PO43の場合は226.27Å3であり、Mg0.5Ti2PO43の場合は225.86。従って、Li化合物がつくられ、次にLiがMgと置換されて、直接に合成されたMg化合物より有利なMg移動性を有する化合物が得られる。反対の例として、これまでMg挿入電極としての使用については報告されていないMgバナジウムNASICONは、それをMg含有前駆体から直接つくった場合はLi含有前駆体からつくった場合と比較してやや大きな単位電池容量を示すLi1V2PO43の場合は217.50Åであるのに対して、Mg0.5V2PO43の場合は221.79。このことは、Liあるいは他の二番目に好ましい陽イオン類の1つ以外のMg含有前駆体からの直接合成が必ずしもMg移動性に大きな違いをもたらすものではないことを示唆している。マグネシウムイオン電池を作成する方法さらに別の態様で、マグネシウム電池用の電極について述べるが、この電極は本明細書で述べているようなAb’MgaMbXyあるいはAb’MgaMbXOzyの化学式で示される化合物を含んでいる。いくつかの実施形態において、Ab’MgaMbXyで示される化合物は非層状VS2、スピネル型Co3O4、層状V2O5、岩塩型MnO、スピネル型Mn2O4、あるいは層状ZrS2である。いくつかの実施形態において、これらの化合物はカソード活性材料として用いられる。いくつかの実施形態においては、これらの化合物は層状構造を有している。他の実施形態においては、これらの化合物はスピネル構造を有している。いくつかの実施形態においては、これらの電極はさらに電導性の添加物を含んでいる。その電導性の添加物非限定的な例はカーボンブラックなどである。いくつかの実施形態においては、上記電極はさらに結合材を含んでいる。結合材の非限定的な例としては、フッ化ポリビニリデン、およびそのターポリマーやコポリマーなどである。いくつかの実施形態においては、アノードとしてMg金属あるいはMg合金が用いられ、その結果として、リチウム挿入電池と比較して、容積および重量を基準としてのエネルギー密度がかなり増大する。電気自動車で用いる場合には重量を基準としたエネルギー量が重要であるが、大型の電池パックや携帯用電子機器用の小型の電池パックにとっては、容積基準のエネルギー量の方がより重大な関心事になりつつある。マグネシウムの高容量とMg金属あるいはMg合金カソードの理容はエネルギー密度を1600Wh/lにまで近づけさせることができるので、このことはマグネシウム電池を現段階で利用できる最高のエネルギー密度を提供する技術とするであろう。さらに、種々の原材料資源からマグネシウムを簡単に入手できるので、生産技術を大幅に引き下げることができる。マグネシウム塩を適切な溶媒に溶解することで、非水性電極溶液がつくられる。マグネシウム塩の例としては、MgCl2、MgClO42、MgSO2CF32、MgBF42、MgCF3SO32、およびMgPF62などがある。非水性溶媒の例としては、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、炭酸ブチレン、炭酸ビニレン、ガンマ-ブチルラクトーン、スルフォン酸塩、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン、2-メチルテトラヒドロフラン、3-メチル-1,3-ジオキソラン、プロピオン酸メチル、メチルブチレート、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、および炭酸ジプロピルなどがある。上に述べた非水性溶媒は単独で用いることもできるし、混合して使用することもできる。電気的な安定性を実現する観点からすれば、環状炭酸エステルや鎖状炭酸化合物を用いるのが好ましい。他の例で、上記非水性電解質溶液全体あるいはその一部を有機マグネシウム複合体溶液で構成してもよい。そうした溶液は上に述べたような例示的な溶媒の1つに有機性リガンドとハロゲン化合物の両方が溶解するように調整された、マグネシウムを含むグリニャール化合物から形成される。そうした有機性リガンドの例示的な例としては、アキル、アリル、アルケニル、ヘテロアリル、あるいはn-ジブチル基などがあり、ハロゲン化合物の例としてはF、Cl、Br、Iなどがある。いくつかの例で、そうした化合物は上に述べた例示的な溶媒の1つにおいて、AlBr3、AlCl3、BCl3、FeCl3、FeBr3、TiCl4、SnCl4などの強ルイス酸と錯体を形成している。さらに別の態様で、エネルギー保存装置が述べられており、このエネルギー保存装置はここで述べられているようなMgaMbXyあるいはMgaMbXO2yの化学式で示される化合物で構成される第1の正電極と、そしてマグネシウム金属、マグネシウム合金あるいはここに述べられているMgaMbXyあるいはMgaMbXO2yの化学式で示される化合物で構成される第2の電極で構成されている。いくつかの実施形態においては、このエネルギー保存装置はMg電池である。いくつかの特殊な実施形態においては、上記Mg電池は以下の様に作成することができる。ここで述べられている材料から選択される適切なMgカソード材料をカーボンブラック、黒鉛、あるいはその他の電導性炭素および結合材と組み合わせて、不均一な混合物を形成する。上記正電極を望ましい形状にプレスおよび/または成型加工するか、あるいは電流コレクタ上に押し出し加工する。上記負電極、通常はMg金属、Mg合金、あるいはここで述べられている材料から選択される第2の電極と上記正電極を、電池容器内で、通常はポリプロピレン製の多孔性薄膜でできているセパレータ上に向き合わせて配置する。上記非水性電解液をその電池容器内に入れて、例えば、圧接によって密封する。いくつかの実施形態においては、上記負電極と上記正電極を再度電池に入れる場合もある。この電池容器は、缶や積層形状や積層板、ロール形状などを含め種々の標準的な形状を取ることができる。上記セパレータは上記負電極と上記正電極の間に配置され、新しい非水性電解液がその電池容器内に入れられて、圧接封入することができる。ターゲット材料に対するアブイニシオ法の結果の一覧表1表1は、多数のマグネシウム含有化合物の組成、構造、および算出された特性をまとめたものである。表中の化合物は、関係する化学に応じてハバード補正項GGAUを伴うか伴わない一般化勾配近似法GGAを使用した密度汎関数理論の枠組みを用いて計算された、妥当な反応電圧およびマグネシウム移動度を提供するのに必要な構造と組成を示している。表1に示す移動障壁は、Mg2イオンが化合物の単位格子を完全に横切るための最小の活性化障壁を表す。活性化障壁とは、2つの別個のMg結晶学的サイト間のエネルギー差と定義され、イラスティックバンドelasticband計算により算出される。この計算方法の詳細説明と精度は、[G.Mills,H.Jonsson,andG.K.Schenter,Surf.Sci.324,305,1995.]に記載されている。障壁が800meVより低い物質は、トポタクティックtopotacticなMg挿入脱離の有用な速度を示すと予測される物質に該当する。さらに、次のような、マグネシウム脱離de-magged状態の式MbXyのカソード化合物とのMg挿入反応を検討する。MbXyaMg→MgaMbXy[3]Mg挿入反応における平均電圧の計算には、出発化合物の状態MbXy、挿入された化合物の状態MgaMbXy、およびMg金属状態の基底状態緩和計算を用いる。次に、次式に従って電圧表1の一覧に示す電圧を計算できる。V=EMgaMbXy-EMbXy/aEMg[4]式中、Eは、密度汎関数法により算出された基底状態の総エネルギーを表す[M.K.Aydinol,A.F.Kohan,andG.CederinAbInitioCalculationoftheIntercalationVoltageofLithiumTransitionMetalOxideElectrodesforRechargeableBatteries,ElsevierScienceSa,NewYork,1997,pp.664-668]。表中の電圧は、対Mg0.5V約対Mg3.75Vの範囲に対応しており、各種物質が複数の物質カテゴリー本仕様書ではポリアニオン系化合物、層状化合物、スピネル型化合物に分類に由来することを示している。予測手法の精度については、Zhouら[F.Zhou,M.Cococcioni,C.A.Marianetti,D.Morgan,G.Ceder,PhysicalReview,B702004235121]、Jainら[Jainetal,ComputationalMaterialsScience,50,2295-2310,2011]等の多くの出版物で確認されている。スピネル構造の合成の説明実施例2a.MgMn2O4とMgNiMnO4の共沈法本実施例は、マグネシウムに対する低拡散経路を有する、高移動度化合物の合成を実証するものであり、以下の反応に従った水酸化物塩の共沈の後に低温のか焼工程を行う、新しい合成法を開発した。MgSO4aq2MnSO4aq過剰量NaOHaq→MgOH2sMnOH2sNa2SO4aq25°C[5]MgOH2s2MnOH2s→nano-MgMn2O4300°C/8時間[6]代表的な合成では、2.40gのMgS04と6.75gのMnSO4.H2Oを、500mlの三角フラスコ内に入れた100mlのHPLC水に室温で溶かした。次いで、室温で連続的に撹拌しながら、200mlの1MNaOH水溶液を15分かけて滴下によりゆっくり添加した。この苛性添加物によりすぐに茶色の沈殿物が形成されるため、添加中、溶液を連続的に撹拌して、凝集形成を最小化することが肝要であった。撹拌プレート上で溶液と生成物の撹拌を24時間続けて、反応を確実に完了させた。茶色の沈殿物を遠心分離2000rpm/15分により単離し、すすぎ液がPh紙で中性になるまで数回水ですすいで沈殿物をまとめた。次に、ナノ-MgMn2O4粉末を100°Cで2時間、真空乾燥した。最後に、結晶化の進行とサンプルの純度を示すため、マッフル炉において、真空乾燥した粉末を数種類の温度300°C、500°C、および750°Cで焼き鈍しした。図3は、適用した合成経路から得たX線回折スペクトルであり、本方法から純相のナノ微結晶20~25nmMgMn2O4物質が得られることが確認される。本明細書に記載の他の化合物に対して、水酸化物塩の共沈により高移動度Mg化合物を得る類似の合成方法を創出した。例えば、以下の反応に従い、同様の方法でスピネル型MgNiMnO4が作製される。MgSO4aq2MnSO4aqNiSO4aqxsNaOHaq→MgOH2sMnOH2sNiOH2sNa2SO4aq25°C[7]MgOH2sMnOH2sNiOH2s→MgNiMnO4-ナノ300°C/6時間[8]その後、目的の化合物であるスピネル型MgNiMnO4が確認されることを図4に示す。実施例2b.ZnCr2S4の固相合成他の化学分類のスピネル構造も、Mg電極活物質で使用する材料用として作製した。以下の反応に従い、化学量論量のZnS粉末0.655gとCr2S31.345g粉末を使用して、固相反応法により硫化亜鉛クロムを合成した。ZnSCr2S3→ZnCr2S4900°C/12時間/アルゴン/チューブ炉[9]混合物をペレット化してチューブ炉内に入れ、12時間アルゴン流下に置いた。XRD解析では、図5に示すように、生成物は比較的純相のZnCr2S4>95であることを示した。当該技術分野の専門知識を有する者であれば、このような手法を用いて各種の高移動度スピネル型物質が合成されることを想定できる。MgMn2O4スピネル型酸化マグネシウムマンガンの化学的Mg脱離、MgMn2O4の化学電気的Mg脱離本実施例は、Mg含有化合物を作製し、かつ化学的または電気化学手段によりトポタクティックにMgを脱離できることを表す典型例である。図1は、スピネル型MgMn2O4のX線回折XRDスペクトルであり、1つ以上の実施形態による、1Mgの化学的抽出、および2それに次ぐマグネシウムの電気化学的挿入を実証している。この図は、スピネル型MgMn2O4のサンプルに対応するX線回折スペクトルである。このサンプルは、合成後に酸に浸漬してMgを除去し、次いで、サンプルを電気化学試験セルに入れ、電気化学的にMgを再挿入したものである。図2は、電気化学試験セル内のスピネル型MgMn2O4に対応する電圧プロファイルであり、スピネル構造に追加のMgを挿入して、低電圧で岩塩型関連化合物の形成を試みる場合と比べて、スピネル型MgMn2O4の四面体サイトから高電圧で電気化学的にMgを抽出した方が、高い活性が観察されることを実証している。ポリアニオンの合成:リン酸リチウム鉄LFP→化学的に脱リチオ化されたLFP式5、6に詳述する2段階の反応に従って、リン酸リチウム鉄を作製した。Li2CO3FeC2O4.2H2ONH4H2PO4→’機械化学的に反応した前駆体混合物’式5条件:112時間、室温でアセトンにおいてボールミル粉砕、次いで2アセトンをデカント/除去’前駆体混合物’→LiFePO4H2ON2/H2gCOxg[10]条件:350°C/10時間/アルゴンで焼き鈍し、次いで2600°C/10時間/アルゴンでか焼第1段階で機械化学的工程により前駆体混合物を得た後、第2段階で前駆体混合物物質を2つの温度で焼き鈍しする。標準的な実施例では、0.937gのLi2CO3、4.10gのFeC2O4.2H2O、および2.77gのNH4H2PO4をあらかじめ混合し、500mlのプラスチック容器に入れた。直径2mm、3mm、および10mmのZrO2ボールメディアと共に、約200mlのアセトンをプラスチック容器に加える。次いで、材料の入った容器をローリングミル上に置き、室温で12時間粉砕した。機械化学的に得た前駆体混合物をまとめるため、アセトンを加熱してデカントと除去の両方を行った。次に、残留する揮発性成分を除去するため、生成物をペレット化してチューブ炉に入れ、350°Cで10時間アルゴン流下に置いた。350°Cの焼き鈍し工程から生成物を回収した後、最後に、材料を再度ペレット化してチューブ炉に戻し、600°Cで10時間アルゴン流下に置いた。得られた生成物の構造特性を、粉末XRDを用いて評価し、トリフィライトLiFePO4であることを確認した図6。ある実施形態では、FePO4をマグネシウム挿入カソード物質として使用する。LiFePO4の化学的脱リチオ化では、式7に示すように、強酸化剤である過硫酸カリウムを使用した。LiFePO4X/2K2S2O8→1-XLiFePO4XFePO4X/2Li2SO4K2SO4[11]0>X>1脱リチオ化の代表的な実施例では、250mlの三角フラスコに2.00gのK2S2O8と100mlのHPLC水を加え、完全に溶かしてから、この溶液に0.60グラムのLiFePO4を加えて、室温で24時間撹拌した。なお、反応を確実に完了させるため、過硫酸塩は意図的に過剰量を加えた。24時間後、生成物を多量のHPLC水ですすぎ、真空乾燥した。図7に、出発物質であるLFPと、化学的脱リチオ化後の物質のXRDスペクトルを比較表示する。VOPO4およびFePO4の化学的Mg挿入本実施例は、ポリアニオン系化合物の化学的Mg挿入を示す例である。図8に、ポリアニオン系化合物であるオキシリン酸バナジウムVOPO4の合成と、それに続く、ブチルマグネシウムのヘプタン溶液に乾燥粉末を浸漬することによるMgの化学的挿入を実証するXRDスペクトルを示す。溶液を約30°Cで6日間撹拌した後、サンプルを取り出してX線回折を行った。2θ回折角の低角度側にシフトしている低角度ピークは、VOPO4へのトポタクティックなMg挿入に対応する。ポリアニオン系化合物におけるFePO4の電気化学的Mg挿入図9は、Mgを含有する複数の電解液中のFePO4へのMgの電気化学的挿入を示す。いずれの場合も、出発物質は活物質としてのLiFePO4であり、この活物質は、導電性の炭素添加剤および結合剤としてのフッ素重合体を有する複合電極として作製されたものである。電極をMgイオン電解液に浸漬する前に、Liを脱離するすなわち電極を充電状態にする目的で、電気化学電池内でLiFePO4電極の充電と放電を数回行った。その後、FePO4電極を同種の溶剤で洗浄し、Mgイオン伝導性電解液の入った電気化学電池に移した。図9は、3種類のMgイオン伝導性電解液における、FePO4Li脱離後の充電放電時の時間経過に対する測定電圧を示す。第1の電解液は、0.25Mの塩化フェニルマグネシウム:塩化アルミニウムモル比2:1の有機系Mg電解液であるAPCからなり、Mg金属アノードの使用を可能にする電解質であるよってMgに対するVとして電圧を表示できる。第2、第3のMgイオン伝導性電解質は互いに類似しており、それぞれ、プロピレンカーボネートPC中の0.5MMgClO42と、アセトニトリルACN中の0.5MMgClO42である。電解液が類似していることから、Mg金属アノードを直接的には使用できないため、本実施例では、銀Ag金属を基準にして反応電圧のグラフを作成した偽基準電極として銀金属を用いて電気化学反応の程度をモニターする。本試験の目的上、Agに対する0VはMgに対する約2.25V±0.25Vに等しい。Mgイオンを伝導する3種類の電解液のいずれも、本明細書に記載の活物質を含有する電池を充電放電して、こうした電極活物質に対して可逆的にMgを電気化学的に挿入脱離できることを示している。層状および偽層状化合物:CuCrS2、FeOCl、およびV18O44の合成CuCrS2硫化銅クロムCuCrS2は、陰イオン性の硫化クロム板が銅の陽イオンに分離された層状化合物とみなされる。式12に略述する反応に従い、塩フラックス法によりCuCrS2を合成した。Cu2SCr2S3→CuCrS2NaClフラックス/800°C/12時間[12]代表的な反応では、1.35gのCu2Sと、2.84gのCr2S3、および10.0gのNaClとを手で混合し、混合物をインコネル舟形容器に入れたなお、NaClは、使用前に真空オーブンで1.5時間予備乾燥した。次に、混合物をチューブ炉に入れ、アルゴン流下で12時間、800°Cまで加熱した。生成物を複数回水ですすいで塩を除去してインコネル舟形容器から回収し、80°Cの動的真空下で2時間乾燥させた。図10に、生成した物質のXRD特性評価を示す。この特性評価は、層状CuCrS2化合物に対する優れた性能指数で指数付けされた。FeOClオキシ塩化鉄FeOClは層状化合物であり、式[13]に記載の下記の方法に従って作製した。α-Fe2O3FeCl3→3FeOCl密閉ガラス管/370°C/2日[13]代表的な反応では、0.156gのα-Fe2O3と0.344のFeCl3を手で混合し、ガラスアンプル長さ20cm×直径2.0cm×壁厚2.0mmに充填した。このガラスアンプルを、当該技術分野において公知の標準的手法を用いて真空密閉し、マッフル炉に入れて370°Cで48時間加熱した。濃い赤紫色の板状の結晶が形成され、FeOClの形成を示した。まず生成物をHPLC水で洗浄して残留FeCl3を完全に除去してから、アセトンで洗浄し、次に、長時間湿気にさらすとFeOClが加水分解することに留意して、生成物を乾燥させた。図11に、生成した物質のXRD特性評価を示す。この特性評価は、層状FeOCl化合物に対する優れた性能指数で指数付けされた。V12O29化学両論的組成を有する酸化バナジウムV18O44およびV12O29は、親のV2O5層構造と比べて、独特な特性を持つ類似の層構造であるとみなすことができる。これらの独特な物質をターゲットとする実験的なアプローチは、リチウム塩、すなわちLixV18O44およびLixV12O29x=0~3.5を合成することであった。LixV12O29またはLixV18O43.5の代表的な反応では、最初に、0.382gのLiV3O8文献で報告されている固体プロセスにより作製と0.392gのV2O5および0.583gのメタバナジン酸アンモニウムNH4VO3をあらかじめ混合した。次に、混合物をアルミナるつぼに入れて350°Cで12時間、火炎により加熱し、さらに650°Cで12時間、か焼した。生成物を回収した後、50mlの0.5MHC1を入れたビーカーに0.5gの生成物を加え、室温で4時間撹拌した。次に、pHが中性になるまで生成物をHPLC水ですすぎ、最後に650°Cで4時間か焼した。上記工程から、図12に見られるように相当純度の高いLixV12O29x=0~3.5結晶性粉末が得られた。構造解析では、生成物を、既知のナトリウム類似体であるNa0.6V12O29と比較し、また、リチウムが挿入されたトポタクティックなV12O29構造の理論上のXRDパターンと比較した。正確なリチウム含有量を求めるための元素分析は実施しなかった。"