Releasing Free Anions by High Donor Number Cosolvent in Noncorrosive Electrolytes of Commercially Available Magnesium Salts

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作者
Jianhua Xiao,Xinxin Zhang,Haiyan Fan,Qiyuan Lin,Zi Shyun Ng,Wenjie Chen,Yuegang Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (14): 17673-17682
标识
DOI:10.1021/acsami.4c01826
摘要

Passivation of the magnesium (Mg) anode in the chloride-free electrolytes using commercially available Mg salts is a critical issue for rechargeable Mg batteries. Herein, a high donor number cosolvent of 1-methylimidazolium (MeIm) is introduced into Mg(TFSI)2- and Mg(HMDS)2-based electrolytes to address the passivation problem and realize highly reversible Mg plating/stripping. Theoretical calculations and experimental characterization results reveal that the strong coordination ability of MeIm with Mg2+ can weaken the anion–cation interactions and promote the formation of free anions that have higher reduction stability, thus significantly suppressing anion-derived passivation layer formation. By adding MeIm cosolvent into Mg(TFSI)2-based electrolyte, the average Coulombic efficiency of the Mg//Cu cell is increased from less than 20% to over 90%, and the Mg//Mg cell can stably cycle for over 800 h with a low overpotential. In the MeIm-regulated Mg(HMDS)2-based electrolyte, the solvation structure change, featured by an effective separation of Mg2+ and HMDS–, greatly increases the ionic conductivity by more than 30 times. This solvation structure regulation strategy for noncorrosive electrolytes of commercially available Mg salts has a great potential for application in future rechargeable Mg metal batteries.
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