Toward waterproof magnesium metal anodes by uncovering water-induced passivation and drawing water-tolerant interphases

钝化 材料科学 金属 阳极 冶金 化学工程 纳米技术 化学 电极 图层(电子) 工程类 物理化学
作者
Yuanjian Li,Xiang Feng,Gaoliang Yang,Wei Ying Lieu,Lin Fu,Chang Zhang,Zhenxiang Xing,Man‐Fai Ng,Qianfan Zhang,Wei Liu,Jun Lü,Zhi Wei Seh
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1): 9364-9364 被引量:39
标识
DOI:10.1038/s41467-024-53796-z
摘要

Magnesium (Mg) metal is a promising anode candidate for high-energy and cost-effective multivalent metal batteries, but suffers from severe surface passivation in conventional electrolytes, especially aqueous solutions. Here, we uncover that MgH2, in addition to the well-known MgO and Mg(OH)2, can be formed during the passivation of Mg by water. The formation mechanism and spatial distribution of MgH2, and its detrimental effect on interfacial dynamics and stability of Mg anode are revealed by comprehensive experimental and theoretical investigations. Furthermore, a graphite-based hydrophobic and Mg2+-permeable water-tolerant interphase is drawn using a pencil on the surface of Mg anodes, allowing them to cycle stably in symmetric (> 900 h) and full cells (> 500 cycles) even after contact with water. The mechanistic understanding of MgH2-involved Mg passivation and the design of pencil-drawn waterproof Mg anodes may inspire the further development of Mg metal batteries with high water resistance.
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