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ChemSusChem:水系电解液中原位构建钝化层提高镁空气电池负极利用率及比容量

天津大学韩晓鹏教授团队通过首次将Mg(OTf)2用于水系镁空电池电解液,使得电池能量密度得到新的提升,为镁空气电池研究提供了一个新的研究方向。


随着当今社会对高比能、安全环保的动力能源与规模化储能器件的迫切需求,水系镁空气电池凭借本征安全,环境友好、高能量密度等优势引起了广大研究者的兴趣。但镁空气电池镁负极在水系氯化钠电解液中严重的腐蚀和析氢副反应严重限制了其实际应用。近期研究发现,仅通过在含氯电解液中加入添加剂仍无法有效地抑制腐蚀和副反应的发生。因此,研究者们探究非氯体系的电解液来进一步解决镁空气电池的关键问题和挑战。


近期,韩晓鹏教授团队在ChemSusChem期刊发表创新性研究文章,首次将Mg(OTf)2应用于水系镁空气电池领域,并得到了优异的放电性能。相比于传统的氯化钠电解液组装的镁空气电池,以Mg(OTf)2为电解液的镁空气电池放电时长增加一倍,静置时长增加了123倍。通过进一步的研究发现,OTf-作为一种疏水性的离子基团能够有效得隔离镁负极与水分子之间的接触,缓解析氢副反应的发生;同时OTf-释放出来的F-与放电产生惰性的MgF2附着在镁负极表面,在这种无机层MgF2和有机疏水层OTf-的共同作用下,作者有效地提高了镁负极的利用率(在1 mA cm-2的放电条件下达到了1920 mAh g-1,而氯化钠电解液中镁负极的利用率仅为950 mAh g-1),从而使得基于镁空气电池整体质量的能量密度提高到343.4 Wh kg-1。结合之前镁空气电池领域的研究,为更好地理解镁空气电池领域中负极腐蚀与析氢问题提供了新视角,也为未来镁空气电池实现高能量密度电化学开阔了新的可能。



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文信息

In Situ Interfacial Passivation in Aqueous Electrolyte for Mg-Air Batteries with High Anode Utilization and Specific Capacity

Zhenxin Song, Dr. Jiajun Wang, Yue Song, Zanyu Chen, Dr. Hong Zhang, Prof. Zhong Wu, Xiaopeng Han, Prof. Wenbin Hu


ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202202207




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