北大徐东升/李琦AEM：电解液加点水，镁金属电池性能更好！

可充镁电池（RMBs）是一种具有高安全性、低成本和高体积能量密度的储能系统。但在一般观念中，H₂O会使镁金属负极钝化。

北京大学徐东升、李琦等开发了一种配位-水解策略，在这种策略中，H₂O可以作为一种添加剂来产生解离的H⁺，它电解液中是实现出色性能的关键。

图1 电解液结构的表征

具体而言，作者开发了一种配位-水解策略，在MACT/四氢呋喃（THF）混合电解液体系中产生解离质子，其中H₂O首先与Al中心配位，然后释放自由质子。核磁共振(NMR)、红外(IR)和拉曼结果证实Al和OH-之间的配位以及游离H₂O的消失，即使在H₂O的添加量高达2000 ppm时也是如此。

此外，令人惊讶的是，作者首次在CuSe正极上发现了Mg-H⁺协同储能机制。添加2000 ppm的H₂O时，比容量可达到480 mAh g^-1，高于CuSe的理论值（376 mAh g^-1）和无水MACT/THF电解液中的CuSe理论值（230 mAh g^-1）。

图2 镁金属负极的电化学性能

拉曼和X射线光电子能谱（XPS）表征证实了放电产物中MgH₂的存在。鉴于存在不可避免的过电位，在1.05V的新dQ/dV峰与MgH₂沉积反应有关的理论值（1.25V）一致。同时，作者还发现这种配位-水解过程明显增加了MgCl₂的溶解度，促进了传统Mg二聚体向单体物种的转化，从而提高了离子传导性和电子转移能力。

因此，新颖的储能机制和电解液的改进使Mg/CuSe全电池呈现出优异的倍率性能，即使在2000 mA g^-1下，其比容量仍保持在247 mAh g^-1。最后，根据Mg-H⁺全电池的反应，可以达到4230 Wh kg^-1的超高理论能量密度，从而赋予极其广阔的前景。

图3 Mg-CuSe全电池的电化学性能

H2O-Boosted Mg-Proton Collaborated Energy Storage for Rechargeable Mg-Metal Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202201718

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北大徐东升/李琦AEM：电解液加点水，镁金属电池性能更好！

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