支春义/王颖ACS Nano：基于转换机制的Te基高性能镁离子电池正极

镁离子电池（MIBs）由于镁的低氧化还原电位、高理论容量、无枝晶镁化和安全性等优点，已被公认为有潜力的储能系统。然而，在少数可用的MIBs正极材料中缓慢的Mg²⁺动力学限制了它的进一步发展。然而，基于传统的离子嵌入机制，现有的正极大多提供不令人满意的容量和较差的循环寿命。

香港城市大学支春义、中科院长春应化所王颖等制备了一种基于可逆两步转换反应（Te到MgTe₂到MgTe）的转换型Mg||Te电池。

图1 材料表征

硫属元素碲(Te)具有高理论容量(420 mAh g^-1)、高电导率(2 × 10² S m^-1)和大原子半径，可以很好地适应由Mg²⁺引起的强静电相互作用，因此这里被选择以构建转换型Mg∥Te电池的正极。为实现更快的表面反应并避免潜在的副反应（例如，Te的体积膨胀和循环过程中多碲化物的穿梭效应），作者进一步采用碳球(CSs)作为主体来封装Te，从而获得Te@CSs复合材料用作正极。

图2 电化学性能

得益于Te的高电导率和CSs封装增加的转换位点，Te@CSs在0.1 A g^-1下的放电容量为387 mAh g^-1，并且具有良好的倍率性能（即使在5 A g^-1下也能达到165 mAh g^-1）。此外，非原位XRD、XPS和拉曼表征揭示了可逆的两步转换过程（Te到MgTe₂到MgTe），并通过AIMD模拟和DFT计算得到证实。

另外，通过计算的Mg²⁺扩散率证实了正极中的高Mg²⁺迁移率，结果高达3.54 × 10^-8 cm² s^-1。此外，通过抑制多碲化物的“穿梭问题”，实现了Mg∥Te电池的循环性能（500次循环后容量保持率77.5%）。总之，这项工作开发了一种具有良好的倍率性和循环寿命的转换型可充MIBs。

图3 XRD、XPS和拉曼表征

Tellurium: A High-Performance Cathode for Magnesium Ion Batteries Based on a Conversion Mechanism. ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.1c07939

原创文章，作者：v-suan，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/14/f55d98a444/

支春义/王颖ACS Nano：基于转换机制的Te基高性能镁离子电池正极

相关推荐