具有快离子传输界面的金属镁负极

IMAGE: 修饰的金属镁负极电化学性能图：Mg的沉积容量为2 mAh cm-2时，未修饰（图a）和修饰的金属镁负极表面形貌（图b）、截面（图c）和Sn、Mg、Cl元素EDS mapping（图d-f）；修饰的金属镁对称电池在6 mA cm-2条件下的长循环性能（图g）；未修饰与修饰的金属镁负极与TiS2正极配对的全电池电化学性能（图h），电流密度为10 mA g-1。 view more 

Credit: ©《中国科学》杂志社

金属镁凭借其在自然界储量丰富、体积能量密度大及循环过程中无枝晶产生等优势，日益成为关注的焦点。然而其在传统电解液中生成的钝化膜阻碍了镁离子的扩散，不利于金属镁的沉积/溶解。

天津大学罗加严教授与复旦大学夏永姚教授合作利用一种简易安全的化学法制备了锡基人工层修饰的金属镁负极。金属镁在SnCl2/DME溶液中发生离子交换反应形成修饰层，在该修饰层中，Sn和Mg2Sn可作为Mg2+的快速离子通道，绝缘组分MgCl2/SnCl2则提供了必要的电势梯度避免镁沉积在修饰层的表面。

由于该修饰层具备较低的界面电阻和离子传输活化能、较快的离子传输动力学过程及循环过程中组成结构的稳定性的特点，在传统醚类电解液体系下，修饰的镁负极对称电池在高达6 mA cm-2的电流密度下仍可实现长久有效循环（1400 h），沉积溶解过电势（0.2 V）显著降低。将该修饰负极与TiS2正极相匹配时，相较于未修饰的镁负极在循环稳定性和质量比容量上均有明显改善。

该策略不仅可以实现金属镁在传统电解液中的可逆沉积/溶解，还可作为一种普适方法激发更多关于原位/非原位合金或金属保护层作用于镁金属电池的研究。 该研究以“Enabling Mg Metal Anodes Rechargeable in Conventional Electrolytes by Fast Ionic Transport Interphasep”为题发表于National Science Review。天津大学研究生吕瑞景是论文的第一作者，罗加严教授和夏永姚教授授为通讯作者。

论文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwz157