Mg3Si3(MoO6)2 as a High-Performance Cathode Active Material for Magnesium-Ion Batteries

材料科学 阴极 离子 无机化学 冶金 物理化学 量子力学 物理 化学
作者
Eun Gong Ahn,Jin-Hoon Yang,Joo‐Hyoung Lee
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (40): 47749-47755 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsami.1c16896
摘要

The natural abundance of magnesium together with its high volumetric energy capacity and less-dendritic anodes makes Mg-ion batteries an appealing alternative to the widely used Li-ion batteries. However, Mg cathode materials under current investigation suffer from various shortcomings such as low operation voltage and high energy barrier for ion migration, resulting in poor battery performance. Here, we propose a garnet-type intercalation cathode active material, Mg3Si3(MoO6)2, for high-performance Mg-ion batteries. Through first-principles density functional theory calculations, it is demonstrated that Mg3Si3(MoO6)2 possesses a high average discharge voltage (2.35 V vs Mg/Mg2+), a low ion migration barrier (∼0.2 eV), and a minimal volume change (∼4%) concurrently, which comprises excellent intercalation cathode chemistry. The small energy barrier for ion migration is shown to arise from the favorable change in the Mg coordination along the migration route within the garnet host. These findings present an additional direction to develop competent Mg-ion batteries for future energy storage applications.
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