顆粒在線訊：基于鎂金屬的高自然豐度、低成本、高安全性以及高容量等優(yōu)勢，鎂金屬電池成為繼鋰離子電池之后具有良好發(fā)展前景的候選電池體系之一。鎂電解質(zhì)的研究取得了長足進(jìn)步，但鎂離子正極材料的開發(fā)仍存在挑戰(zhàn)。過渡金屬硫族化合物被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)鎂電池高能量密度的重要轉(zhuǎn)化型儲(chǔ)鎂正極材料，但普遍存在較低的初始庫倫效率和快速的容量衰減等問題。另此外，這些材料中的儲(chǔ)鎂機(jī)制尚未明確，也為更多高能儲(chǔ)鎂正極的篩選帶來了困難。

　　近期，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員崔光磊帶領(lǐng)的固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心與青島科技大學(xué)等單位合作，以Cu2-xSe為模型材料，闡明了其特殊的陰離子補(bǔ)償機(jī)制，并對其進(jìn)行改性，極大提高了其電化學(xué)性能。相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）上。  

　　固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心研究團(tuán)隊(duì)早期開發(fā)了大量銅硫化合物和銅硒化合物儲(chǔ)鎂正極材料（Adv. Funct. Mater., 2017, 1701718；Energy Storage Materials, 2020, 26, 23-31；Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 11477-11482），但對于其儲(chǔ)鎂機(jī)制的認(rèn)識(shí)不足，容量衰減問題尚未解決。近期，該團(tuán)隊(duì)以Cu2-xSe為模型材料，充分闡明了銅硫化合物和銅硒化合物儲(chǔ)鎂正極材料中的特殊陰離子補(bǔ)償機(jī)制。與先前被廣泛報(bào)道的Cu2+—Cu+—Cu0分步置換反應(yīng)機(jī)理不同，該工作證明了該類材料中普遍存在的兩個(gè)放電平臺(tái)分別對應(yīng)于：Cu2-xSe與Cu2Se的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，以及Cu2Se與Mg2+的置換反應(yīng)。在Cu2-xSe與Cu2Se的轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程中，可溶性多硒化物介導(dǎo)的Sen2-/Se2-陰離子氧化還原過程有利于正極側(cè)的電荷存儲(chǔ)，但是伴隨而來的多硒化物溶解-穿梭會(huì)導(dǎo)致電池性能下降。因此，科研人員通過在Cu2-xSe正極中引入Mo6S8，制備得到的嵌入-轉(zhuǎn)化型復(fù)合正極能夠有效固定正極側(cè)的多硒化物，顯著提高了電化學(xué)性能。具體而言，在100 mA g-1的電流密度下，可逆比容量從140 mA g-1提高到220 mA g-1，并且倍率性能和長循環(huán)穩(wěn)定性也大幅提升。該工作為硫族轉(zhuǎn)化型正極的研究提供了全新認(rèn)識(shí)，對新型高能儲(chǔ)鎂正極的開發(fā)具有重要意義。

　　研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。

青島能源所等在轉(zhuǎn)化型儲(chǔ)鎂正極材料中發(fā)現(xiàn)特殊的陰離子補(bǔ)償機(jī)制