图荐优质综述合集丨饱览镁基电池发展与未来

PPT图荐优质综述丨饱览镁基电池的发展与未来引言

二次可充电镁电池（RMBs）具有成本低、天然丰富等优点，成为一种具有发展前景的电池。高容量、无枝晶的迷人特征也使它更加吸引人。然而，由于Mg离子的强极化，现有的电极和电解质不能完全促进Mg2+的嵌入/脱出。

在这方面，寻找合适的电极材料和高的Mg2+嵌入动力学、优良可逆性和低成本的电解质仍然是阻碍其实际应用的挑战。

镁基电池的正极材料主要包括金属硫化物、氧化物、聚阴离子型化合物、有机电极材料等。而负极材料则主要是镁和镁的合金。电极质则集中在液态电解质、有机物基电解质以及无机固态电解质。虽然，人们进行了大量的研究工作，但是镁基电池的发展仍需要进一步推进。

今天来总结一下有关镁基电池的相关综述，主要包括正极材料和电解质。

1.AcriticalreviewofcathodesforrechargeableMgbatteries

该综述为马里兰大学王春生教授及其团队发表于Chem.Soc.Rev.介绍了正极材料，包括插层化合物、转换材料以及采用Mg金属负极的杂化体系。DOI:10.1039/c8cs00319j

内容详解镁电池的研究热度金属的容量以及逐年发表的镁基电池文章

嵌入型正极之谢弗雷尔相(Mo6S8)

内容详解

Mo6S8的结构以及镁离子扩散路径嵌入型正极之尖晶石相(氧化物和硫化物)

内容详解在紧密堆积的氧（或硫）结构中，镁离子的扩散有两种路径，如图。在正尖晶石中，Mg2+最初位于稳定四面体位置（具有能量Es），然后通过与相邻中间八面体位置（具有能量Ei）共享的三配位氧面（具有能量Ea）迁移，最后沿着对称路径到达下一个等效稳定位置（图a）。在层状和橄榄石结构中，扩散以类似的方式进行，但在稳定的八面体位置之间通过中间四面体位置进行（图b）。嵌入型正极之尖晶石相(氧化物和硫化物)

内容详解结果表明，过渡金属化学对Mg2+扩散势垒没有显著影响，均在600～800meV范围内。其中尖晶石Mn2O4被认为是更好的储镁材料。不同金属氧化物和硫化物中镁离子扩散的比较嵌入型正极之层状硫化物/硒化物内容详解TiS2的结构以及镁离子扩散路径层状TiS2作为一种典型的层状材料，可以作为研究Mg嵌入层状结构热力学和动力学的模型。嵌入型正极之层状或尖晶石态：TiS2内容详解尖晶石和层状结构材料的电压曲线和体积膨胀的变化

Mg2+倾向于占据层状和尖晶石TiS2中的八面体位置，通过穿过相邻四面体位置的八面体位置之间的跳跃介导进行扩散。嵌入型正极之层状氧化物内容详解上到下依次是V2O5、α-MoO3以及Mo-V化合物的结构层状氧化物主要有V2O5、α-MoO3、MoO2.8F0.2、Mo2.5+yVO9+d等材料。

嵌入型正极之聚阴离子型化合物内容详解聚阴离子型化合物主要有磷酸盐、硅酸盐等材料，这些材料具有1D离子通道。

FePO4化合物的结构以及储镁性能嵌入型正极之开放框架化合物内容详解开放框架结构是一个包含大小从几埃到几百埃的空隙的体系。大通道和大间隙有利于离子嵌入，从根本上区分了开放骨架结构和其他插层化合物。典型的例子是普鲁士蓝类似物。

普鲁士蓝化合物的结构以及储镁性能转化型正极之MnO2内容详解过渡金属氧化物由于其组成和晶体结构的丰富性，特别是锰氧化物，是目前研究最多的Mg电池转换材料。Mn原子通常与六个O原子配位，形成一个MnO6八面体。根据这些八面体砌块之间的孔道的大小和方向，二氧化锰可分为不同相，具有不同的特征。不同相MnO2的结构及特点转化型正极之金属硫族化物内容详解金属硫族化物主要包括CuS和Cu2Se。上下分别是CuS和Cu2Se的嵌镁机制2.RecentProgressinMultivalentMetal(Mg,Zn,Ca,andAl)andMetal-IonRechargeableBatterieswithOrganicMaterialsasPromisingElectrodes

该综述为南洋理工大学张其春老师表于Small总结了有机电极材料在多离子存储中的应用研究DOI:10.1002/smll.201805061内容详解氮氧自由基化合物氮氧自由基类化合物主要是利用它的p-掺杂属性，即以阴离子嵌入为主。PTMA的嵌镁机制及性能内容详解羰基化合物羰基化合物的活性中心是C=O双键，其嵌入机理为羰基的烯醇化反应。C=O化合物的嵌镁机制及性能内容详解C=N化合物这类化合物的活性中心是C=N双键，但是这类化合物十分稀少。C=N化合物的嵌镁机制3.Progressindevelopmentofelectrolytesformagnesiumbatteries

该综述为伊利诺伊大学芝加哥分校RezaShahbazian-Yassar老师发表于EnergyStorageMaterials总结了镁基电池电解液的发展DOI:10.1016/j.ensm.2019.05.028内容详解电解质的发展主要包括液态电解液、聚合物基电解液以及无机固态电解质内容详解液态电解液之有机镁化合物作为盐有机镁化合物作为电解质盐时金属镁的沉积和溶解行为内容详解液态电解液之弱配位阴离子电解质盐化合物弱配位阴离子盐化合物作为电解质时的镁沉积行为及其储镁性能内容详解离子液体电解液离子液体可以作为溶解盐离子的不易燃溶剂，也可以作为阳离子/阴离子本身的来源。这一优点特别适用于镁电解质，因为镁的简单盐和常规溶剂钝化了镁金属的表面。但是，必须注意要确保离子液体对金属镁具有足够的还原稳定性。常用的离子液体电解液内容详解镁离子溶剂化的理论与模拟推导

为了在电解液中获得高离子导电性和低镁沉积过电位，高阳离子迁移率和电极/电解液界面上的阳离子易脱溶是至关重要的。在大多数情况下，阳离子的去溶剂化将是界面电化学反应的速率决定步骤。镁电解质开发中元素选择的重要性内容详解聚合物基/凝胶电解质聚合物电解质因其易于合成、固态离子电导率高、能显著提高能量密度等优点而备受关注。聚合物基/凝胶电解质中的镁沉积行为以及电导率变化内容详解聚合物基/凝胶电解质

镁离子导电聚合物电解质的导电性能分析内容详解聚合物基/凝胶电解质

导电聚合物电解质的总结内容详解无机固态电解质

固态离子导体由于其有限的反应活性和对金属负极的高稳定性，被认为是制造金属基电池的理想选择。对于镁电池来说尤其如此，因为镁金属与传统的液体电解质溶剂接触时会形成离子阻挡层。虽然室温下锂离子导电固体导体有多种选择，但能导Mg2+的无机固体电解质的报道很少。基于Mg(BH4)2

的无机固态电解质中的镁沉积行为与分析内容详解无机固态电解质

以前有报道称MOFs被用作锂离子导体。与聚合物不同的是，MOFs的力学性能和导电性没有负相关，因此，可以合成既具有高导电性又具有良好力学性能的MOFs基电解质。室温下金属有机骨架基Mg导电固体电解质内容详解无机固态电解质

固态电解质的总结鉴于篇幅，在这里仅详细介绍以上综述，其他的综述列表如下：(1).Multivalentrechargeablebatteries.(EnergyStorageMaterials.2019.DOI:10.1016/j.ensm.2019.04.012)(2).RechargeableMagnesiumBatteriesusingConversion-TypeCathodes:APerspectiveandMinireview.（Smallmethods.2018,DOI:10.1002/smtd.201800020）(3).Anode-ElectrolyteInterfacesinSecondaryMagnesiumBatteries（Joule.2016,DOI:10.1016/j.joule.2018.10.028