可充镁电池(RMBs)由于镁金属负极的高安全性(大多数情况下无枝晶生长)、高储量(地壳中1.94%)和较低的还原电势(相对于标准氢电极- 2.37 V)而受到极大关注。不幸的是,传统的碳酸酯类电解液会在镁金属负极表面形成一层钝化层,阻碍了镁离子的可逆沉积/溶解。因此,开发高界面兼容性的镁电池电解液一直是镁电池研究的难题。 近日,武汉理工大学麦立强教授、安琴友研究员提出在常规镁电解液体系中引入氟化烷基镁盐以提高镁负极的稳定性,该策略通过对镁离子溶剂化结构的优化,同时实现了电解液氧化稳定性的提升和稳定电极-电解液界面(SEI)的形成。
质谱,分子动力学结果表明这种镁盐加入后会优化电解液的溶剂化结构,该结构在理论上有更高的氧化稳定性且更易被还原。 电化学性能测试表明使用氟化程度不同的镁盐,电解液的各项性能出现显著差异,其中氟化程度最高的MPFB电解液表现最佳,平均库仑效率高达99.95%,且循环寿命超过2000小时,这是由于在电池循环过程更稳定SEI界面的形成。 通过光电子能谱、飞行时间二次离子质谱和透射电镜对SEI界面成分进一步分析,氟化烷基基团在镁金属负极还原形成的富含F的有机-无机复合SEI是影响电池性能的关键。 以Mo6S8作为正极材料的镁金属电池在该氟化烷基电解液中表现出了优良的倍率性能,在循环500圈后容量保持率高达93% ,组装的软包电池也进一步证实了该电解液的实用性。 该工作为低成本高安全性的镁电池电解液研发开辟了新思路,并将推动镁电池的进一步发展。 论文信息 Revealing the Interfacial Chemistry of Fluoride Alkyl Magnesium Salts in Magnesium Metal Batteries Juncai Long, Shuangshuang Tan, Junjun Wang, Fangyu Xiong, Lianmeng Cui, Qinyou An,* and Liqiang Mai* 文章的第一作者是武汉理工大学的博士研究生龙俊材。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202301934