AM：一种具有Cu集电器的FeS2正极用于高能可逆储镁

Nanoyu

2021-08-30

FeS₂具有成本低、理论容量高、环境友好等特点，是一种极有前途的高性能金属负极充电电池正极材料。当它用于可充电Mg电池（RMBs）时，电极对在全放电时表现出极低的理论体积变化。然而，其储镁性能又受到缓慢反应动力学的严重阻碍。

近日，南京工业大学赵相玉研究员，沈晓冬教授，中科院物理研究所谷林研究员报道了通过利用化学和电化学参与正极反应的Cu集电器可以显著提高FeS₂正极材料的Mg²⁺存储性能。

文章要点

1）所制备的FeS₂纳米材料正极具有极短的活化过程，在50 mA g⁻¹下的可逆放电容量达到679 mAh g⁻¹，相应的重量能量密度达到714 Wh kg⁻¹。这是基于金属硫化物正极RMBs或镁碱金属混合电池中的最高值。此外，在氟化硼酸盐基镁离子电解液中，该正极与Mg金属负极组合，在200或400 mA g⁻¹的电流密度下循环1000次以上，表现出优异的重复充放电电化学稳定性。

2）研究发现，所制备的FeS₂正极的反应机理为FeS₂与Fe/MgS之间通过镁离子转移的两步多电子相变，对正极容量起主导作用。值得注意的是，这种高度可逆的反应是通过引入Cu和Cu₂S氧化还原对来实现，这可以通过形成Cu纳米线在正极中产生局部电子路径。

3）研究人员通过该策略还实现了微米级FeS₂和CoS₂的另一种金属二硫化物的Mg²⁺存储。因此，研究结果为合理设计低成本、高能的多价正极和RMBs提供了一条有效的途径。

参考文献

Yinlin Shen, et al, A Pyrite Iron Disulfide Cathode with a Copper Current Collector for High-Energy Reversible Magnesium-Ion Storage, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202103881

https://doi.org/10.1002/adma.202103881