王成亮/毛明磊/索鎏敏Adv. Sci.：无负极可充镁电池的概念验证

对高重量比能量的拼命追求导致了对体积能量密度的忽视，而体积能量密度是电池的基本要求之一。由于镁金属的高体积容量、不容易形成枝晶和低还原电位，可充镁金属电池被认为具有天生的高体积能量密度。然而，能量密度的显著提高受到极其过量的镁金属负极的影响。

图1. 电解液对镁电池循环寿命的影响

华中科技大学王成亮、毛明磊、中国科学院物理研究所索鎏敏等采用Mg₂Mo₆S₈-MgS复合正极合理地设计了一个无负极的概念，其中MgS作为预氧化添加剂在循环过程中不断分解，以补充新鲜的Mg来弥补电解液腐蚀造成的Mg损失。Mg₂Mo₆S₈和MgS都作为活性材料，可逆地提供高容量。在复合正极中，Mg₂Mo₆S₈催化MgS的分解，以释放更多的Mg库存并降低转换滞后。

同时，Mg₂Mo₆S₈对多硫化物有很强的吸附力，抑制了它们的溶解，有助于实现稳定的循环。此外，在无负极的Mg₂Mo₆S₈-MgS/Cu电池中形成的Mg²⁺导电和电子绝缘的SEI可保护镁金属不受电解液的持续腐蚀，从而提高了循环性能。

图2. 在无负极Mg₂Mo₆S₈-MgS/Cu电池中Mo₆S₈在MgS上的电化学活化和Mg金属负极的界面化学作用

因此，无负极的Mg₂Mo₆S₈-MgS/Cu电池的可逆容量可达190 mAh g^-1，并在100次循环后容量保持率为92%。经计算，这种无负极镁电池的体积能量密度是极具竞争力的，为420Wh L^-1。

随着更多高性能正极和电解液的发现，体积能量密度将进一步加强，从而有望实现镁电池的实际应用。这项工作将作为一个引子，点燃对无负极镁电池的巨大研究前景。

图3. 无负极的Mg₂Mo₆S₈-MgS/Cu电池的电化学性能

The Proof-of-Concept of Anode-Free Rechargeable Mg Batteries. Advanced Science 2023. DOI: 10.1002/advs.202207563