乔世璋AM：镁电池原位成形合金负极的同步辐射X射线光谱研究

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乔世璋AM：镁电池原位成形合金负极的同步辐射X射线光谱研究
镁电池具有高体积能量密度和无枝晶沉积的镁，在储能设备中引起了广泛关注。然而，由于Mg负极和电解液之间的相关界面问题以及Mg2+离子的缓慢固态扩散动力学，其进一步发展仍然停滞不前。
澳大利亚阿德莱德大学乔世璋等首次提出了一种原位转化化学方法，即利用由Li+驱动的硒化铋(Bi2Se3)构建纳米结构的Bi负极。
乔世璋AM：镁电池原位成形合金负极的同步辐射X射线光谱研究
图1 Bi2Se3的表征和两级工作机制示意图
首先通过简便的溶剂热途径合成了具有六边形R3̅ m空间群晶体结构的Bi2Se3 纳米片，并将其用作构建Bi负极（BS-Bi）的前驱体。然后通过原位电化学反应从Bi2Se3获得纳米结构的Bi负极。
与Mg2+/Li+混合电解液相结合，纳米结构Bi负极的电化学活性和合金/脱合金效率完全由锂盐驱动。原位形成的具有纳米尺寸Bi活性晶体的Bi负极具有Mg2+扩散长度短和离子扩散率极高的优势，这大大提高了Mg-Bi合金/脱合金反应的效率和可充镁电池(RMBs)在高电流密度下循环稳定性。
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图2 BS-Bi电极的电化学性能
实验显示，所得的Bi负极表现出优异的倍率性能（1 A g-1时为335 mAh g-1）和超过 600 次循环的长循环稳定性，这超过了可充镁电池中最先进的Bi基负极。
此外，作者通过同步辐射XAS和原位同步辐射X射线衍射以及一系列光谱分析，验证了Li+驱动的转化反应以及可逆的镁合金/脱合金过程。Li+驱动的电池化学可以扩展到其他多价离子电池系统，并通过原位电化学反应促进新材料的探索。
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图3 BS-Bi电极的同步辐射XRD研究
Synchrotron X-ray Spectroscopic Investigations of In-Situ Formed Alloy Anodes for Magnesium Batteries. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202108688

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