Stabilizing magnesium plating by a low-cost inorganic surface membrane for high-voltage and high-power Mg batteries

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作者
Chang Li,Abhinandan Shyamsunder,Baris Key,Zhuo Yu,Linda F. Nazar
出处
期刊:Joule [Elsevier]
卷期号:7 (12): 2798-2813 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.joule.2023.10.012
摘要

Mg batteries with halide-free electrolytes suffer from poor stability of the Mg metal anode due to electrolyte decomposition. Here, we report a low-cost zeolite membrane supported on Mg to address this challenge. It vastly reduces the population (hence decomposition) of free diglyme at the Mg/electrolyte interface, while allowing facile transport of Mg2+ cations through the membrane. We demonstrate dendrite-free Mg plating/stripping performance in a magnesium tetrakis(hexafluoroisopropyloxy)borate/diglyme electrolyte with a 750-fold extended lifetime (over 6,000 h) and a high coulombic efficiency of ∼98%. The prototype Mo3S4 cathode paired with the protected Mg anode shows 91% capacity retention over 200 cycles. Importantly, this membrane protects soluble species in a high-voltage organic polymer cathode from being reduced at the anode via shuttling, achieving a full cell with a 3.5 V cutoff voltage. This results in a high specific energy density of 320 Wh kg−1 and a power density of 1,320 W kg−1 based on cathode mass.
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