PPT圖薦優(yōu)質(zhì)綜述丨飽覽鎂基電池的發(fā)展與未來引言

二次可充電鎂電池（RMBs）具有成本低、天然豐富等優(yōu)點(diǎn)，成為一種具有發(fā)展前景的電池。高容量、無枝晶的迷人特征也使它更加吸引人。然而，由于Mg離子的強(qiáng)極化，現(xiàn)有的電極和電解質(zhì)不能完全促進(jìn)Mg2+的嵌入/脫出。

在這方面，尋找合適的電極材料和高的Mg2+嵌入動(dòng)力學(xué)、優(yōu)良可逆性和低成本的電解質(zhì)仍然是阻礙其實(shí)際應(yīng)用的挑戰(zhàn)。

鎂基電池的正極材料主要包括金屬硫化物、氧化物、聚陰離子型化合物、有機(jī)電極材料等。而負(fù)極材料則主要是鎂和鎂的合金。電極質(zhì)則集中在液態(tài)電解質(zhì)、有機(jī)物基電解質(zhì)以及無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)。雖然，人們進(jìn)行了大量的研究工作，但是鎂基電池的發(fā)展仍需要進(jìn)一步推進(jìn)。

今天來總結(jié)一下有關(guān)鎂基電池的相關(guān)綜述，主要包括正極材料和電解質(zhì)。

1.AcriticalreviewofcathodesforrechargeableMgbatteries

該綜述為馬里蘭大學(xué)王春生教授及其團(tuán)隊(duì)發(fā)表于Chem.Soc.Rev.介紹了正極材料，包括插層化合物、轉(zhuǎn)換材料以及采用Mg金屬負(fù)極的雜化體系。DOI:10.1039/c8cs00319j

內(nèi)容詳解鎂電池的研究熱度金屬的容量以及逐年發(fā)表的鎂基電池文章

嵌入型正極之謝弗雷爾相(Mo6S8)

內(nèi)容詳解

Mo6S8的結(jié)構(gòu)以及鎂離子擴(kuò)散路徑嵌入型正極之尖晶石相(氧化物和硫化物)

內(nèi)容詳解在緊密堆積的氧（或硫）結(jié)構(gòu)中，鎂離子的擴(kuò)散有兩種路徑，如圖。在正尖晶石中，Mg2+最初位于穩(wěn)定四面體位置（具有能量Es），然后通過與相鄰中間八面體位置（具有能量Ei）共享的三配位氧面（具有能量Ea）遷移，最后沿著對(duì)稱路徑到達(dá)下一個(gè)等效穩(wěn)定位置（圖a）。在層狀和橄欖石結(jié)構(gòu)中，擴(kuò)散以類似的方式進(jìn)行，但在穩(wěn)定的八面體位置之間通過中間四面體位置進(jìn)行（圖b）。嵌入型正極之尖晶石相(氧化物和硫化物)

內(nèi)容詳解結(jié)果表明，過渡金屬化學(xué)對(duì)Mg2+擴(kuò)散勢(shì)壘沒有顯著影響，均在600～800meV范圍內(nèi)。其中尖晶石Mn2O4被認(rèn)為是更好的儲(chǔ)鎂材料。不同金屬氧化物和硫化物中鎂離子擴(kuò)散的比較嵌入型正極之層狀硫化物/硒化物內(nèi)容詳解TiS2的結(jié)構(gòu)以及鎂離子擴(kuò)散路徑層狀TiS2作為一種典型的層狀材料，可以作為研究Mg嵌入層狀結(jié)構(gòu)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的模型。嵌入型正極之層狀或尖晶石態(tài)：TiS2內(nèi)容詳解尖晶石和層狀結(jié)構(gòu)材料的電壓曲線和體積膨脹的變化

Mg2+傾向于占據(jù)層狀和尖晶石TiS2中的八面體位置，通過穿過相鄰四面體位置的八面體位置之間的跳躍介導(dǎo)進(jìn)行擴(kuò)散。嵌入型正極之層狀氧化物內(nèi)容詳解上到下依次是V2O5、α-MoO3以及Mo-V化合物的結(jié)構(gòu)層狀氧化物主要有V2O5、α-MoO3、MoO2.8F0.2、Mo2.5+yVO9+d等材料。

嵌入型正極之聚陰離子型化合物內(nèi)容詳解聚陰離子型化合物主要有磷酸鹽、硅酸鹽等材料，這些材料具有1D離子通道。

FePO4化合物的結(jié)構(gòu)以及儲(chǔ)鎂性能嵌入型正極之開放框架化合物內(nèi)容詳解開放框架結(jié)構(gòu)是一個(gè)包含大小從幾埃到幾百埃的空隙的體系。大通道和大間隙有利于離子嵌入，從根本上區(qū)分了開放骨架結(jié)構(gòu)和其他插層化合物。典型的例子是普魯士藍(lán)類似物。

普魯士藍(lán)化合物的結(jié)構(gòu)以及儲(chǔ)鎂性能轉(zhuǎn)化型正極之MnO2內(nèi)容詳解過渡金屬氧化物由于其組成和晶體結(jié)構(gòu)的豐富性，特別是錳氧化物，是目前研究最多的Mg電池轉(zhuǎn)換材料。Mn原子通常與六個(gè)O原子配位，形成一個(gè)MnO6八面體。根據(jù)這些八面體砌塊之間的孔道的大小和方向，二氧化錳可分為不同相，具有不同的特征。不同相MnO2的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)轉(zhuǎn)化型正極之金屬硫族化物內(nèi)容詳解金屬硫族化物主要包括CuS和Cu2Se。上下分別是CuS和Cu2Se的嵌鎂機(jī)制2.RecentProgressinMultivalentMetal(Mg,Zn,Ca,andAl)andMetal-IonRechargeableBatterieswithOrganicMaterialsasPromisingElectrodes

該綜述為南洋理工大學(xué)張其春老師表于Small總結(jié)了有機(jī)電極材料在多離子存儲(chǔ)中的應(yīng)用研究DOI:10.1002/smll.201805061內(nèi)容詳解氮氧自由基化合物氮氧自由基類化合物主要是利用它的p-摻雜屬性，即以陰離子嵌入為主。PTMA的嵌鎂機(jī)制及性能內(nèi)容詳解羰基化合物羰基化合物的活性中心是C=O雙鍵，其嵌入機(jī)理為羰基的烯醇化反應(yīng)。C=O化合物的嵌鎂機(jī)制及性能內(nèi)容詳解C=N化合物這類化合物的活性中心是C=N雙鍵，但是這類化合物十分稀少。C=N化合物的嵌鎂機(jī)制3.Progressindevelopmentofelectrolytesformagnesiumbatteries

該綜述為伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校RezaShahbazian-Yassar老師發(fā)表于EnergyStorageMaterials總結(jié)了鎂基電池電解液的發(fā)展DOI:10.1016/j.ensm.2019.05.028內(nèi)容詳解電解質(zhì)的發(fā)展主要包括液態(tài)電解液、聚合物基電解液以及無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)容詳解液態(tài)電解液之有機(jī)鎂化合物作為鹽有機(jī)鎂化合物作為電解質(zhì)鹽時(shí)金屬鎂的沉積和溶解行為內(nèi)容詳解液態(tài)電解液之弱配位陰離子電解質(zhì)鹽化合物弱配位陰離子鹽化合物作為電解質(zhì)時(shí)的鎂沉積行為及其儲(chǔ)鎂性能內(nèi)容詳解離子液體電解液離子液體可以作為溶解鹽離子的不易燃溶劑，也可以作為陽離子/陰離子本身的來源。這一優(yōu)點(diǎn)特別適用于鎂電解質(zhì)，因?yàn)殒V的簡(jiǎn)單鹽和常規(guī)溶劑鈍化了鎂金屬的表面。但是，必須注意要確保離子液體對(duì)金屬鎂具有足夠的還原穩(wěn)定性。常用的離子液體電解液內(nèi)容詳解鎂離子溶劑化的理論與模擬推導(dǎo)

為了在電解液中獲得高離子導(dǎo)電性和低鎂沉積過電位，高陽離子遷移率和電極/電解液界面上的陽離子易脫溶是至關(guān)重要的。在大多數(shù)情況下，陽離子的去溶劑化將是界面電化學(xué)反應(yīng)的速率決定步驟。鎂電解質(zhì)開發(fā)中元素選擇的重要性內(nèi)容詳解聚合物基/凝膠電解質(zhì)聚合物電解質(zhì)因其易于合成、固態(tài)離子電導(dǎo)率高、能顯著提高能量密度等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。聚合物基/凝膠電解質(zhì)中的鎂沉積行為以及電導(dǎo)率變化內(nèi)容詳解聚合物基/凝膠電解質(zhì)

鎂離子導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)的導(dǎo)電性能分析內(nèi)容詳解聚合物基/凝膠電解質(zhì)

導(dǎo)電聚合物電解質(zhì)的總結(jié)內(nèi)容詳解無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)

固態(tài)離子導(dǎo)體由于其有限的反應(yīng)活性和對(duì)金屬負(fù)極的高穩(wěn)定性，被認(rèn)為是制造金屬基電池的理想選擇。對(duì)于鎂電池來說尤其如此，因?yàn)殒V金屬與傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)溶劑接觸時(shí)會(huì)形成離子阻擋層。雖然室溫下鋰離子導(dǎo)電固體導(dǎo)體有多種選擇，但能導(dǎo)Mg2+的無機(jī)固體電解質(zhì)的報(bào)道很少?；贛g(BH4)2

的無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)中的鎂沉積行為與分析內(nèi)容詳解無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)

以前有報(bào)道稱MOFs被用作鋰離子導(dǎo)體。與聚合物不同的是，MOFs的力學(xué)性能和導(dǎo)電性沒有負(fù)相關(guān)，因此，可以合成既具有高導(dǎo)電性又具有良好力學(xué)性能的MOFs基電解質(zhì)。室溫下金屬有機(jī)骨架基Mg導(dǎo)電固體電解質(zhì)內(nèi)容詳解無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)

固態(tài)電解質(zhì)的總結(jié)鑒于篇幅，在這里僅詳細(xì)介紹以上綜述，其他的綜述列表如下：(1).Multivalentrechargeablebatteries.(EnergyStorageMaterials.2019.DOI:10.1016/j.ensm.2019.04.012)(2).RechargeableMagnesiumBatteriesusingConversion-TypeCathodes:APerspectiveandMinireview.（Smallmethods.2018,DOI:10.1002/smtd.201800020）(3).Anode-ElectrolyteInterfacesinSecondaryMagnesiumBatteries（Joule.2016,DOI:10.1016/j.joule.2018.10.028