近日，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員李馳麟帶領(lǐng)的研究小組在鎂基電池體系及其反應(yīng)機理的研究方面取得了系列進展。

該團隊提出一種基于轉(zhuǎn)化反應(yīng)的高能量密度的雙鹽鎂電池體系，該體系以過渡金屬硫化物為正極材料，鎂鋰雙鹽溶液為電解液，金屬鎂為負極（圖1）。其特點是正極電化學(xué)過程是由電解液中鋰離子驅(qū)動的轉(zhuǎn)換反應(yīng)，不僅避免了鎂離子緩慢晶格內(nèi)遷移的問題，也實現(xiàn)了大容量的多電子轉(zhuǎn)移，同時緩和了多硫化物溶解的問題；而負極的電化學(xué)過程由可逆的鎂沉積和剝離主導(dǎo)，在長期循環(huán)中也沒有枝晶形成，安全穩(wěn)定的鎂負極極大提升了電池的循環(huán)性能。該混合型鎂電池體系可將正極能量密度提升至400wh/kg左右。

此外，該團隊提出在超薄納米結(jié)構(gòu)上修飾功能基團，以實現(xiàn)鎂基電池在三維多孔正極網(wǎng)絡(luò)中的快速表面氧化還原反應(yīng)，不僅同樣可避免二價陽離子緩慢的晶格內(nèi)遷移，而且改善了鎂電池的動力學(xué)性能（圖2）。此體系以氟化石墨烯為模型材料，由預(yù)先的陰離子嵌入來激活后續(xù)的可逆陽離子脫嵌，實現(xiàn)了容量大于100mah/g的類似贗電容行為的電化學(xué)。在循環(huán)過程中，遷移離子電荷密度的稀釋和表面氧化還原反應(yīng)位的易到達性有利于電位極化的改善和mgf2成核現(xiàn)象的消除。

相關(guān)研究工作得到了中科院百人計劃、國家自然科學(xué)基金和中國博士后科學(xué)基金等項目的資助和支持。