雙離子電池作為鋰離子電池最有前途的替代品之一，它在副反應(yīng)方面面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，尤其是在負(fù)極。迄今為止，大多數(shù)報(bào)告都側(cè)重于減少這些副反應(yīng)。

在此，南洋理工大學(xué)潘軍，山東大學(xué)楊劍等人以鎂為例，提出了一種實(shí)現(xiàn)雙離子電池穩(wěn)定循環(huán)的新方法。在放電過程中，鎂可被氧化成Mg²⁺，從而補(bǔ)充因副反應(yīng)而損失的陽離子。同時(shí)，陰離子從石墨中釋放出來，以維持電解質(zhì)中的電荷平衡。此外，在循環(huán)過程中形成的Li₃Mg₇可促進(jìn)鋰的電鍍/剝離。

因此，鎂||石墨即使在沒有預(yù)層析的情況下也能表現(xiàn)出很高的庫侖效率（≈96.5%）和穩(wěn)定的循環(huán)性能（在 2 C 下循環(huán) 1700 次后≈94.6%），遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于銅||石墨和石墨||石墨。

圖1. MD模擬

總之，鎂箔的開發(fā)是為了通過鎂的電化學(xué)氧化減輕 Li⁺ 損失造成的陽離子衰竭。新形成的 Mg²⁺ 能顯著提高 DIB 中石墨釋放陰離子的能力，從而提高可逆容量、循環(huán)穩(wěn)定性和循環(huán)壽命。同時(shí)，鎂會(huì)在循環(huán)過程中逐漸轉(zhuǎn)化為 Li₃Mg₇，從而促進(jìn)鋰的剝離并提高能量密度。

結(jié)果顯示，Mg||G 在 2 C 下循環(huán) 1700 次后，容量保持率達(dá)到 94.6%，遠(yuǎn)高于無負(fù)極鋰金屬電池、鎂金屬電池和雙離子全電池。Mg||G 軟包電池可為一個(gè)小型電風(fēng)扇和 120 多個(gè)藍(lán)色 LED 供電，這表明 Mg||G 電池在未來具有廣闊的發(fā)展前景。更重要的是，這種基于”消耗和補(bǔ)充”的概念已成功應(yīng)用于 K、Na 和 Ca。

圖2. 電池性能

Durable Cation Replenishing to Activate Anion Releasing for Enhanced Electrochemical Performance of Dual-Ion Full Batteries，Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202310449