由于鎂金屬負(fù)極的高理論容量（3833 mA h cm^-3）和低的電化學(xué)電位（-2.37 V vs標(biāo)準(zhǔn)氫電極），鎂電池被認(rèn)為是極具潛力的下一代高能量儲(chǔ)能電池體系。此外，鎂電池還兼顧有高安全性(鎂金屬負(fù)極在大多數(shù)情況下無枝晶生長風(fēng)險(xiǎn))、高資源儲(chǔ)量（地殼中鎂元素含量為2%）和低成本等優(yōu)勢。

然而，與單價(jià)（Li/Na/K）金屬電池不同，使用傳統(tǒng)的碳酸酯類電解液會(huì)在鎂金屬負(fù)極表面形成鈍化層，阻礙了鎂離子的傳輸和可逆的沉積/溶解。因此，如何開發(fā)高界面兼容性和高穩(wěn)定性的電解液是推動(dòng)鎂電池發(fā)展的關(guān)鍵。

在此，武漢理工大學(xué)麥立強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)利用“金屬置換反應(yīng)”合成了一類具有高溶解性和界面兼容性的氟化烷基鎂鹽（Mg(ORF)₂），并系統(tǒng)地研究了三氟甲基(-CF₃)的數(shù)量和位置對(duì)電解質(zhì)電化學(xué)性能的影響。

Mg(ORF)₂中三氟甲基（-CF₃）官能團(tuán)的數(shù)量和位置對(duì)電解液性能影響重大，基于氟化程度最高的鎂鹽配置的電解液（Mg(PFTB)₂-MgCl₂-AlCl₃/DME），可以在電池循環(huán)過程中與鎂金屬負(fù)極原位反應(yīng)，形成穩(wěn)定的含氟有機(jī)-無機(jī)復(fù)合固體電解質(zhì)界面(SEI)。該電解液大幅提升了鎂金屬負(fù)極的循環(huán)壽命和鎂電池的循環(huán)穩(wěn)定性，提高了鎂電解液的實(shí)用性。

圖1. MD模擬

總之，這項(xiàng)工作深入研究了氟化烷基鎂鹽在鎂電池電解質(zhì)中的應(yīng)用和作用機(jī)理。通過對(duì)鎂離子溶劑化結(jié)構(gòu)的重構(gòu)，該類電解液不僅展示出了更高的氧化穩(wěn)定性，而且有助于原位形成穩(wěn)定的富含MgF₂的SEI。

其中，基于氟化程度最高的鎂鹽配置的電解液不僅展示出了超長鎂金屬負(fù)極循環(huán)壽命（2000小時(shí)），還保持超高的平均庫侖效率（99.5%）。其次，作者通過對(duì)SEI層的立體、多視角表征，總結(jié)了影響鎂金屬負(fù)極穩(wěn)定性的關(guān)鍵原因。該工作為合理的設(shè)計(jì)和合成鎂鹽在電解質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更多的可能性。

圖2. Mg/Mo₆S₈全電池的電化學(xué)性能

Revealing the Interfacial Chemistry of Fluoride Alkyl Magnesium Salts in Magnesium Metal Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202301934