Redesigning Solvation Structure toward Passivation-Free Magnesium Metal Batteries

钝化 材料科学 溶剂化 金属 纳米技术 冶金 化学 分子 有机化学 图层(电子)
作者
Juncai Long,Yi Liu,Ze He,Shuangshuang Tan,Fangyu Xiong,Hantao Xu,Weixiao Wang,Ge Zhang,Zhongzhuo Yang,Qinyou An
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (23): 15239-15248 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c03968
摘要

Simple magnesium (Mg) salt solutions are widely considered as promising electrolytes for next-generation rechargeable Mg metal batteries (RMBs) owing to the direct Mg2+ storage mechanism. However, the passivation layer formed on Mg metal anodes in these electrolytes is considered the key challenge that limits its applicability. Numerous complex halogenide additives have been introduced to etch away the passivation layer, nevertheless, at the expense of the electrolyte's anodic stability and cathodes' cyclability. To overcome this dilemma, here, we design an electrolyte with a weakly coordinated solvation structure which enables passivation-free Mg deposition while maintaining a high anodic stability and cathodic compatibility. In detail, we successfully introduce a hexa-fluoroisopropyloxy (HFIP–) anion into the solvation structure of Mg2+, the weakly [Mg–HFIP]+ contact ion pair facilitates Mg2+ transportation across interfaces. As a consequence, our electrolyte shows outstanding compatibility with the RMBs. The Mg||PDI–EDA and Mg||Mo6S8 full cells use this electrolyte demonstrating a decent capacity retention of ∼80% over 400 cycles and 500 cycles, respectively. This represents a leap in cyclability over simple electrolytes in RMBs while the rest can barely cycle. This work offers an electrolyte system compatible with RMBs and brings deeper understanding of modifying the solvation structure toward practical electrolytes.
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