鎂金屬因高體積容量、低還原電位以及豐富的自然儲(chǔ)量等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是后鋰電池時(shí)代最具應(yīng)用潛力的負(fù)極材料。然而，鎂的不均勻沉積和無序剝離行為導(dǎo)致了枝晶生長(zhǎng)和負(fù)極結(jié)構(gòu)的不可逆損壞等問題，嚴(yán)重制約著鎂金屬電池的發(fā)展和應(yīng)用。近年來，晶相調(diào)控和表界面修飾策略在誘導(dǎo)金屬均勻形核/沉積和抑制枝晶生長(zhǎng)等方面受到了廣泛關(guān)注。然而，這些改進(jìn)策略往往存在耐久性差、制備工藝繁瑣等問題，制約著金屬電池的實(shí)際應(yīng)用。 近日，西北工業(yè)大學(xué)黃維院士團(tuán)隊(duì)艾偉教授課題組通過一步酸刻蝕策略，構(gòu)建了一種具有高(002)晶面暴露比的鎂納米片陣列（稱為(002)-Mg），實(shí)現(xiàn)了鎂的均勻形核和致密沉積，顯著提升了鎂金屬電池的循環(huán)穩(wěn)定性。
表面能計(jì)算解釋了(101)和(100)晶面的優(yōu)先刻蝕機(jī)理，XRD、2D WAXS、SEM和AFM表征有力地證明了(002)-Mg所具有的高(002)晶面暴露比和納米片陣列結(jié)構(gòu)的屬性。 通過吸附能計(jì)算、相場(chǎng)模擬和原位光學(xué)檢測(cè)，研究了晶面結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)對(duì)鎂沉積行為的影響作用：具有高堆積密度和低晶體活性的(002)晶面可以誘導(dǎo)鎂的均勻形核和致密沉積，減少副反應(yīng)的發(fā)生；納米片陣列結(jié)構(gòu)可以調(diào)控電極表面的電場(chǎng)分布和離子通量，提高離子傳輸動(dòng)力學(xué)。 最終，該(002)-Mg電極在鎂金屬電池中表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能，所組裝的軟包電池展現(xiàn)出了巨大的實(shí)用化潛力。該工作通過改變鎂的晶體結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)，為鎂金屬電池的發(fā)展和應(yīng)用提供了新的見解。 論文信息 Enhancing Reversibility and Stability of Mg Metal Anodes: High-Exposure (002) Facets and Nanosheet Arrays for Superior Mg Plating/Stripping Jingxuan Bi, Zhenkai Zhou, Junhui Li, Boxin Li, Xiaojie Sun, Yuhang Liu, Ke Wang, Guowei Gao, Dr. Zhuzhu Du, Prof. Wei Ai, Prof. Wei Huang 文章第一作者為西北工業(yè)大學(xué)博士研究生畢經(jīng)煊。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202407770
