利用二价Mg2+作为电荷载体的镁电池由于其在低成本、高安全性和能量密度方面的独特性而引起了极大的关注。然而，由于在Mg负极上积累钝化层而导致的短循环寿命阻碍了其进一步发展。
在此，中国科学技术大学陈维教授、深圳职业技术学院胡汉林教授等人提出并展示了一种抑制钝化层积累的新策略，通过使用水系Mg-MnO2电池的水包溶剂（SIW）电解液来建立稳定的SEI。具有 O、F、Cl的有机溶剂能够吸附在Mg负极上并与水中的H原子形成氢键，MgCl2溶解到混合溶剂中达到饱和浓度会导致水的活性进一步降低，从而形成SIW电解液。
由于与水混溶、无毒和低成本的特点，聚乙二醇（PEG）被选为模型溶剂来配制SIW电解液。SIW电解液可大大抑制无机钝化层在镁负极上的积累，形成了由混合有机-无机组分组成的坚固SEI，这对于稳定镁负极至关重要。
此外，PEG通过与游离水形成氢键来抑制水的活性，从而进一步抑制水在镁负极上的分解。因此，SIW电解液中溶剂和水的协同作用使Mg负极能够很好地用于水系Mg-MnO2电池。
基于金属Mg负极与MnO2正极，作者构建了Mg-MnO2全电池并测试了其在室温下的电化学性能。在最佳的SIW-2电解液（PEG含量占50 vol%）中，电池在 2.5 V的超平坦放电平台下400次循环后的比容量高达500 mAh g-1，甚至在5 C下稳定循环超过1000次后容量保持率约为99%，这是最稳定的镁基电池之一。
此外，作者通过扩大碳毡和Mg负极面积（6×9 cm2）来扩大Mg-MnO2电池的储能容量。放大后的Mg-MnO2电池显示出2.39 V的放电平台及超过100次相对稳定的循环寿命，这反映了其在大规模储能应用方面的巨大潜力。这项研究突出了通过水包溶剂电解液设计的界面工程稳定镁负极的可行性，为开发长循环寿命的高性能水系镁离子电池提供了一条有希望的途径。
Solid Electrolyte Interface Regulated by Solvent-in-Water Electrolyte Enables High-Voltage and Stable Aqueous Mg-MnO2 Batteries, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202103352
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