【镁电池】AEM： PMC电解液、Co掺杂FeS2材料助力高性能镁电池

金属镁具有较高的体积比容量(3832 mAh cm ^-3 )，并且在大多数电解液中不易形成枝晶，其在地壳中丰富的储量、低廉的价格以及环境友好的特性，都使得以金属镁为负极的离子电池体系具有在大规模储能领域进行应用的潜在优势。但目前镁电池缺乏具备稳定循环特性的高容量正极材料以及与之相匹配的电解液。

近日，上海交通大学邹建新课题组等人利用简单的水热法合成了含有不同含量钴的Co掺杂FeS ₂ 正极材料（FeS ₂ , Fe _0.9 Co _0.1 S ₂ , Fe _0.75 Co _0.25 S ₂ and Fe _0.5 Co _0.5 S ₂ ），并制备了与之相匹配的苯酚基含氯镁电池电解液（PMC）。作者将Co掺杂FeS ₂ 正极材料涂覆在铜集流体上，配以PMC电解液组装成的可充镁电池展现出较好的电化学性能。该成果以“ Synchrotron Radiation Spectroscopic Studies of Mg ²⁺ Storage Mechanisms in High-performance Rechargeable Magnesium Batteries with Co-doped FeS ₂ Cathodes ”为题发表在国际权威期刊 Advanced Energy Materials 上。本文第一作者为上海交通大学博士生徐昊，通讯作者为密歇根大学安娜堡分校Richard M. Laine教授和上海交通大学邹建新教授。

文章要点

   1）XRD、SEM、 EDX、TEM、HAADF-STEM，拉曼光谱、软X射线吸收谱(sXAS)、硬X射线吸收谱均证实了Co掺杂FeS ₂ 材料的成功制备。SEM，TEM结果证明Co掺杂可以降低FeS ₂ 的颗粒尺寸，同时BET结果证明Co掺杂可以提高FeS ₂ 的比表面积，这有利于FeS ₂ 正极的活化和循环稳定性。

    2） 电化学测试结果表明制备的PMC电解液能够实现可逆的镁溶解/沉积。以PMC电解液构建的镁对称电池在循环500小时后，展现出较低的过电位84.3 mV（1 mA cm ^-2 ），表现出良好的镁溶解/沉积动力学和循环稳定性。此外，这种电解液的合成过程非常简单，且在报道的镁电池电解液中，成本相对较低。

    3）将Fe _1-x Co _x S ₂ (x = 0, 0.1, 0.25, 0.5)正极匹配Mg负极、PMC电解液和铜集流体组装成可充镁电池，结果表明Co掺杂虽然会略微减小正极的充放电比容量，但是显著提高了FeS ₂ 正极的循环稳定性等电化学性能。原位同步辐射XRD、非原位TEM、HAADF-STEM、SEM、EDX、XPS、XANES探究该镁电池在充放电过程的反应机理，结果发现该镁电池使用的Cu集流体参与正极反应，并在循环过程中成为Mg ²⁺ 的载体，而Fe、Co协同催化电极转化反应，加速电池的活化和提高电池的循环稳定性。

参考文献

Hao Xu, et al, Synchrotron Radiation Spectroscopic Studies of Mg ²⁺ Storage Mechanisms in High-performance Rechargeable Magnesium Batteries with Co-doped FeS ₂ Cathodes，Adv. Energy Mater. 2022.

DOI: 10.1002/aenm.202201608

https://doi.org/10.1002/aenm.202201608