学术前沿NatureEnergy

随着电化学储能技术在社会中的快速发展和应用，需要开发集高能量、高功率和低成本为一体的新一代电池。在许多锂离子后电池中，利用二价Mg2+作为电荷载体的可充电镁电池有望在体积能量密度和电池的成本方面提供实质性的改善，因为使用了地球上丰富的、高容量和更安全的无枝晶金属阳极镁。然而，功率密度一直是这项技术的阿喀琉斯之踵。这一挑战的根本原因是二价Mg2+离子的固有特性:它拥有锂离子两倍的电量，而具有于锂离子相似的离子半径。因此，经典插层化学中的两个基本过程，离子离解与固态离子扩散，在室温下是缓慢的。即使是最先进的插层阴极材料，如Mo6S8，也需要更高的温度才能达到其理论容量。其他阴极材料在室温下表现出快速的动力学，尤其是有机聚合物和层状化合物，但实际上被发现可以存储部分复杂的离子，如MgCl+和溶剂化离子。休斯敦大学姚彦和丰田北美研究所RanaMohtadi?在NatureEnergy上发表文章“High-powerMgbatteriesenabledbyheterogeneousenolizationredoxchemistryandweaklycoordinatingelectrolytes”，报告了一种涉及羰基还原(C=O→C-O?)的异构烯醇化化学，它绕过了解离和扩散的困难，实现了快速、可逆的氧化还原过程。这种动力学占优的阴极与调节的、弱配位作用的硼团簇电解质相结合，可以在20mAcm-2的电流密度下进行无枝晶的镁电镀/剥离。该组合提供的Mg电池提供的比功率高达30.4kWkg?1，几乎比最先进的镁电池高两个数量级。本文所阐明的阴极和电解液化学现象，推动了镁电池的发展，并将加速这一低成本、安全的电池技术的应用。图1.提出的阴极异相烯醇化氧化还原化学，反应过程和电化学曲线图2.非均相烯醇化氧化还原化学对循环稳定性和阳极可逆性图3.MMC/(DME-G2)电解液的设计过程及电化学性能图4.Mg-PTO全电池在0.5molkg-1MMC/(DME-G2)电解液中的电化学行为链接：High-powerMgbatteriesenabledbyheterogeneousenolizationredoxchemistryandweaklycoordinatingelectrolytes.NatEnergy().