Fluorine-Free Ion-Selective Membrane with Enhanced Mg2+ Transport for Mg-Organic Batteries

离子 材料科学 离子运输机 纳米技术 无机化学 化学 有机化学 冶金 生物化学
作者
Wen Ren,Migo Szeman Ng,Ye Zhang,Alae Eddine Lakraychi,Yanliang Liang,Dawei Feng,Michelle Lehmann,Guang Yang,Judith A. Jeevarajan,Wan Si Tang,Yan Yao
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c17740
摘要

Magnesium batteries offer a safer alternative for next-generation battery technology due to their insusceptibility to dendrite deposition. Selective membranes tailored for magnesium-ion conduction will unlock further technological advancement. Herein, we demonstrate fluorine-free magnesiated sulfonated poly(ether ether ketone) (Mg-SPEEK) selective membranes capable of facilitating magnesium-ion conduction while effectively rejecting soluble organic species. These membranes demonstrate a reversible Mg plating and stripping Coulombic efficiency (CE) of 85.4% and an ionic conductivity of 3.3 × 10-4 S cm-1 at room temperature, surpassing those for a Mg-Nafion selective membrane. Theoretical density functional theory (DFT) calculations reveal that SPEEK possesses more localized charge centers along its backbone compared with Nafion, potentially facilitating enhanced ion conduction. Full cells assembled with Mg-SPEEK coupled with the organic cathode pyrene-4,5,9,10-tetraone (PTO) and Mg metal demonstrated significantly improved capacity retention as compared to those assembled with conventional nonselective separators.

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