具有优异循环性能的一维原子链状镁正极材料：VS4

可再充的镁离子电池已经成为一种潜在的优势储能类型，特别是对于大规模储能应用。镁离子电池具有大的理论体积能量密度（3833 mAh cm^-3）,丰富的镁储存和循环过程无枝晶等优势。但是，由于二价Mg²⁺离子与宿主晶格之间的强静电相互作用，镁离子在正极材料中嵌入和扩散的动力学条件较差。同时，已存正极材料与电解液的兼容性较差。所以，寻找一种能可逆插入高容量镁离子且循环寿命长动力学条件优的正极材料是一个很大的挑战。

在现有的正极材料，过渡金属氧化物类（V₂O₅，MnO₂,Mn₃O₅）动力学条件和循环稳定性都不理想，层状过渡金属氧硫化物（MoS₂,WSe₂,TiS₂）通常被认为是潜在的理想正极材料，因为S和Se与Mg²⁺的库伦作用力较差，能有效的提高Mg²⁺的迁移扩散。然而这类化合物的层间距较小，可能会阻碍Mg²⁺的迁移扩散。因此扩大层间距是提高动力学的关键。

南京大学金钟教授课题组率先提出一维原子链状的硫化物正极材料VS₄具有高容量和长循环寿命。通过表面活性剂辅助的液相法可控地制备纳米树枝状链状结构。受益于VS ₄的链状晶体结构，VS₄中的S₂ ^2-二聚体为Mg ²⁺插入提供了丰富的位点。此外，由弱范德华力结合的VS₄原子链提供的开放通道有利于Mg ²⁺离子的扩散。通过一系列系统的原位表征和密度泛函理论计算，阐明了VS ₄可逆脱嵌镁的机制。VS ₄在现有正极材料中具有更优的Mg ²⁺储存容量，在100 mA g ^-1具有251 mAh g ^-1的初始放电容量。在500 mA g ^-1大电流密度下具有优异的长循环性（在800次循环后容量为74mAh g ^-1）。

图1 结构示意图

图2电化学性能示意图

图3 原位XRD,XPS,Raman示意图

图4 可逆脱嵌镁过程示意图

本文基于前人的研究，将一种新结构应用于镁电中，并利用现代化的测试结构，探究了脱嵌镁的机理，为镁电池正极材料的设计和研究提供了新的思路和测试方法。

文章出处：Wang Y, Liu Z, Wang C, et al. Highly Branched VS4 Nanodendrites with 1DAtomic-Chain Structure as a Promising Cathode Material for Long-CyclingMagnesium Batteries[J]. Advanced Materials,