鎂離子電池具有應(yīng)用于大規(guī)模儲能的潛力。然而，Mg2+的高電荷密度在主體材料中建立了強大的插層能壘，導(dǎo)致緩慢的擴散動力學(xué)和結(jié)構(gòu)退化。
在此，濟南大學(xué)徐錫金教授、松山湖材料實驗室李洪飛副研究員及中科院深圳先進院韓翠平副研究員等人報道了上述與正極材料相關(guān)的動力學(xué)和溶解問題可通過四甘醇二甲醚（TEGDME）-水雜化電解液來同時解決。通過將1 M高氯酸鎂（Mg(ClO4)2）溶解到TEGDME和水（4:1體積）的混合物中，可同時提高層狀釩酸鈉（NaV8O20·nH2O, NVO）材料的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。
研究表明，水溶劑的潤滑和屏蔽作用可促進Mg2+的快速傳輸，有助于提高NVO正極內(nèi)的擴散系數(shù)。同時，有機TEGDME組分可與水配位可降低其活性，從而為雜化電解液提供3.9 V的寬電化學(xué)窗口。更重要的是，TEGDME優(yōu)先聚集在界面處，從而形成堅固的CEI界面層以抑制釩物種的溶解。
圖1. NVO正極在雜化電解液中的電化學(xué)性能
因此，在該雜化電解液中的NVO正極在0.3 A g-1下可實現(xiàn)351 mAh g-1的比容量，當(dāng)電流密度增加到3 A g-1時仍能保持94.3 mAh g-1的可逆容量。甚至NVO電極在1.5 A g-1下，經(jīng)過1000次循環(huán)后仍保持81.7 mAh g-1的高比容量，遠(yuǎn)優(yōu)于純水基和有機TEGDME基電解液，證明了該雜化電解液中鎂離子存儲增強的可逆性和快速動力學(xué)。
此外，作者通過各種非原位測試研究了這種雜化電解液中NVO 正極的Mg2+存儲機制和結(jié)構(gòu)演變，進一步證實了Mg2+插層化學(xué)在NVO中的可逆性?？傊?，這種有機醚-水雜化電解液有效克服了多價離子存儲的困難，這一策略可能會促進釩正極材料的應(yīng)用并拓寬電解液的選擇范圍。
圖2. 雜化電解液中NVO正極的Mg2+存儲機制和結(jié)構(gòu)演變
Ether-Water Hybrid Electrolyte Contributing to Excellent Mg Ion Storage in Layered Sodium Vanadate, ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.1c11590
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