麦立强/安琴友Small: 可充电镁电池电极材料优化的最新进展与挑战

雨辰

2020-12-25

可充电镁电池（RMB）由于其低成本和高安全性特性，已被认为是可补充锂离子电池的有极具发展前景的电化学储能系统之一。然而，高极化态的Mg²⁺离子在基体中缓慢的固态扩散以及在Mg金属表面形成阻塞层等诸多挑战严重阻碍了高性能RMBs的发展。为了在实际应用中解决这些问题，在过去的几十年里，人们提出了屏蔽二价Mg²⁺电荷、扩展基体材料层数、优化电极-电解质界面等修饰阴极和阳极的创新策略来推动该技术的发展。

有鉴于此，武汉理工大学麦立强教授、安琴友副研究员等人，综述了可充电镁电池电极材料优化的最新研究进展。

本文要点

1）由于镁金属的高安全性，低成本和高自然丰度，RMBs是一种很有前途的候选者。介绍了文献中提出的七种优化策略，包括阴极和阳极的改性。通常，掺杂离子，纳米结构的构建和复合材料的制造通常是提高RMBs电化学性能的有效改性方法。改变晶体形态和电荷屏蔽的方法在V-、Ti-和Mn-基阴极中被广泛采用，在其他材料体系中鲜有报道。虽然对有机分子预插层进行了大量的实验和计算研究，但具体有机材料的选择和相应的主体结构仍然充满挑战。

2）新开发的电极-电解质界面优化修饰策略可以实现简单Mg盐电解质中Mg阳极的镀/剥离，但在Mg表面构建理想的保护层相当困难。由于独特的阴极、阳极和电解质之间的复杂相互作用和不兼容性，选择一个适当的策略来提高RMBs的整体性能是具有挑战性的。另一方面，将这些策略中的两三个结合起来是另一个有希望的方向。多种策略在氧化物(V₂O₅、MnO₂)、硫化物(TiS₂、CuS)中的应用已被证明是一种有效的方法，在提高有机材料、聚阴离子、普鲁士蓝类似物等储存Mg性能方面仍需进一步努力。未来的重点应放在开发镁金属阳极的创新方法。此外，高能量密度镁硫电池由于具有高容量和可接受的工作电压，是一个很有前途的方向。此外，非腐蚀性新型电解质的研究也至关重要。要实现高能RMBs。

参考文献：

Cunyuan Pei et al. Recent Progress and Challenges in the Optimization of Electrode Materials for Rechargeable Magnesium Batteries. Small, 2020.

DOI: 10.1002/smll.202004108

https://doi.org/10.1002/smll.202004108