對(duì)高重量比能量的拼命追求導(dǎo)致了對(duì)體積能量密度的忽視，而體積能量密度是電池的基本要求之一。由于鎂金屬的高體積容量、不容易形成枝晶和低還原電位，可充鎂金屬電池被認(rèn)為具有天生的高體積能量密度。然而，能量密度的顯著提高受到極其過(guò)量的鎂金屬負(fù)極的影響。

圖1. 電解液對(duì)鎂電池循環(huán)壽命的影響

華中科技大學(xué)王成亮、毛明磊、中國(guó)科學(xué)院物理研究所索鎏敏等采用Mg₂Mo₆S₈-MgS復(fù)合正極合理地設(shè)計(jì)了一個(gè)無(wú)負(fù)極的概念，其中MgS作為預(yù)氧化添加劑在循環(huán)過(guò)程中不斷分解，以補(bǔ)充新鮮的Mg來(lái)彌補(bǔ)電解液腐蝕造成的Mg損失。Mg₂Mo₆S₈和MgS都作為活性材料，可逆地提供高容量。在復(fù)合正極中，Mg₂Mo₆S₈催化MgS的分解，以釋放更多的Mg庫(kù)存并降低轉(zhuǎn)換滯后。

同時(shí)，Mg₂Mo₆S₈對(duì)多硫化物有很強(qiáng)的吸附力，抑制了它們的溶解，有助于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的循環(huán)。此外，在無(wú)負(fù)極的Mg₂Mo₆S₈-MgS/Cu電池中形成的Mg²⁺導(dǎo)電和電子絕緣的SEI可保護(hù)鎂金屬不受電解液的持續(xù)腐蝕，從而提高了循環(huán)性能。

圖2. 在無(wú)負(fù)極Mg₂Mo₆S₈-MgS/Cu電池中Mo₆S₈在MgS上的電化學(xué)活化和Mg金屬負(fù)極的界面化學(xué)作用

因此，無(wú)負(fù)極的Mg₂Mo₆S₈-MgS/Cu電池的可逆容量可達(dá)190 mAh g^-1，并在100次循環(huán)后容量保持率為92%。經(jīng)計(jì)算，這種無(wú)負(fù)極鎂電池的體積能量密度是極具競(jìng)爭(zhēng)力的，為420Wh L^-1。

隨著更多高性能正極和電解液的發(fā)現(xiàn)，體積能量密度將進(jìn)一步加強(qiáng)，從而有望實(shí)現(xiàn)鎂電池的實(shí)際應(yīng)用。這項(xiàng)工作將作為一個(gè)引子，點(diǎn)燃對(duì)無(wú)負(fù)極鎂電池的巨大研究前景。

圖3. 無(wú)負(fù)極的Mg₂Mo₆S₈-MgS/Cu電池的電化學(xué)性能

The Proof-of-Concept of Anode-Free Rechargeable Mg Batteries. Advanced Science 2023. DOI: 10.1002/advs.202207563