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第一作者：畢經煊

通訊作者：艾偉，黃維

通訊單位：西北工業(yè)大學，陜西柔性電子研究院

黃維，西北工業(yè)大學教授、博導。中國科學院院士、俄羅斯科學院外籍院士、美國國家工程院外籍院士、亞太材料科學院院士、東盟工程與技術科學院外籍院士、巴基斯坦科學院外籍院士、歐亞科學院院士。（信息來源：https://jszy.nwpu.edu.cn/huangwei.html）

艾偉，西北工業(yè)大學柔性電子研究院教授，博士生導師。主持國家自然科學基金面上項目、青年項目,軍口國家級重點項目等7項。研究興趣：1. 電化學材料和技術；2. 新能源設備；3. 靈活的智能技術。（信息來源：https://teacher.nwpu.edu.cn/bbandss.html）

論文速覽

鎂金屬電池（MMBs）作為鋰離子電池技術的有力競爭對象，因低還原電位、高理論體積容量和豐富的鎂資源而備受關注。然而，不均勻的鎂沉積/剝離行為會導致危險的枝晶生長，影響電池安全。此外，不規(guī)則的剝離也可能會引起點蝕和鎂顆粒的脫落，加速電池退化。

本研究開發(fā)了具有高暴露(002)晶面和納米片陣列結構的鎂箔（稱為(002)-Mg），通過一步酸蝕法制備。這種結構不僅促進了平滑的成核和密集的沉積，而且顯著減少了鎂陽極的副反應。

納米片陣列在表面上均勻分布電場和鎂離子通量，增強了鎂離子傳輸動力學。因此，制造的(002)-Mg電極展現(xiàn)出超過6000小時（>8個月）的長周期性能，容量為3 mAh cm?2，電流密度為3 mA cm?2。此外，配備不同電解液和陰極的相應軟包電池展示了卓越的容量和循環(huán)穩(wěn)定性，突顯了(002)-Mg電極的優(yōu)越電化學兼容性。

圖文導讀

圖1：通過酸蝕過程制備(002)-Mg的示意圖，以及(002)-Mg和(101)-Mg的X射線衍射(XRD)圖譜比較，展示了(002)晶面的顯著增強。

圖2：(101)-Mg和(002)-Mg電極在不同沉積容量下的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，以及原位光學顯微鏡圖像，直觀顯示了不同晶面上鎂沉積過程的差異。

圖3：(002)-Mg和(101)-Mg電極的潤濕性、成核過電位、Tafel圖和電化學阻抗譜(EIS)的比較，以及對稱電池的循環(huán)性能和不同電流密度下的倍率性能比較。

圖4：Mo₆S₈ || (002)-Mg和Mo₆S₈ || (101)-Mg全電池的循環(huán)伏安(CV)曲線、倍率性能、EIS曲線比較，以及(002)-Mg軟包電池的長期循環(huán)性能和電壓-容量曲線。

總結展望

本研究通過密度泛函理論計算、相場模擬和實驗驗證，證明了高暴露(002)晶面和納米片陣列結構在調控鎂沉積/剝離動態(tài)中的重要作用。特別是，先進的納米片陣列有助于均勻分布鎂離子和電場，同時促進快速的鎂離子傳輸動力學。此外，鎂(002)晶面的顯著暴露確保了受控的鎂成核，并促進了平坦、密集的鎂沉積物的形成。因此，實現(xiàn)了高度可逆的鎂沉積/剝離過程，顯著提高了MMBs的循環(huán)穩(wěn)定性。

值得注意的是，在3 mA cm?2的電流密度和3 mAh cm?2的容量下采用(002)-Mg的對稱電池展示了超過6000小時的卓越循環(huán)穩(wěn)定性，電壓滯后僅為78 mV。此外，當與和硫陰極集成在軟包電池配置中時，這些組件展示了出色的長期循環(huán)穩(wěn)定性和杰出的容量。

這項研究為理解晶面和表面形態(tài)對鎂沉積/剝離行為的影響提供了新的途徑，突出了開發(fā)適用于實際MMBs應用的高度可逆和無枝晶鎂陽極的潛力。

文獻信息

標題：Enhancing Reversibility and Stability of Mg Metal Anodes: High Exposure (002) Facets and Nanosheet Arrays for Superior Mg Plating/Stripping

期刊：Angewandte Chemie International Edition

DOI：10.1002/anie.202407770

原創(chuàng)文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2024/07/01/cd37090a4a/

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