近日，中國科學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過程是由電解液中鋰離子驅(qū)動的轉(zhuǎn)換反應，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；而負極的電化學過程由可逆的鎂沉積和剝離主導，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，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性能（圖2）。此體系以氟化石墨烯為模型材料，由預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。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、國家自然科學基金和中國博士后科學基金等項目的資助和支持。