利用一种钛盐预先处理镁表面促进镁的可逆沉积与溶解

信息> 国内> 知识 8年前 2018-05-07 浏览 106

镁电池作为一种先进的能量储存和转换系统已经受到越来越多的关注。它具备高达2230 mA h g−1的理论容量、低工作电势(−2.36 V vs氢电极)和丰富的储量。然而，镁电池的广泛采用受到一些限制，其中一个原因是在Mg阳极与的界面之间很难实现一个可逆的镁离子沉积与溶解。归因于绝缘致密镁氧化物(MgO)很容易在Mg表面形成。因此，改善镁离子在界面上的电化学可逆性是除了阴极和电解液之外的另一关键挑战。

在改善Mg表面的沉积溶解动力学方面，有很多人作出了努力。大多数方法是在电解液中使用了特定的化学成分，有效地侵蚀了镁表面的绝缘MgO层表面。例如，格雷戈里小组使用了有机硼和卤化物电解液，提高镁离子沉积溶解效率。Muldoon小组展示了有机硼化合物(R3B)结合以醚为基础的路易斯酸(AlCl3)。溶剂改善了镁阳极的动力学行为，还增加了镁电池电解液的阳极稳定性。Aurbach小组在MgB电解液方面取得了重大突破。他们通过改变取代基，卤化物，溶剂和路易斯酸的配比对格式试剂系统电解液的电化学性能进行了系统的优化。

本工作提出了一种实现镁阳极的可逆沉积溶解的新方法。通过两步策略:(1)化学方法预处理Mg阳极（在装电池前清除MgO层）(2)将预处理的Mg片与正极材料组装电池，搭配相容的电解液。Mg和O之间强大的结合能使氧化镁层的清除难度变大，可以利用oxophilic (Ox) and nucleophiliccomponents降低O与Mg结合键的强度。 Ox 可以通过与O结合形成Ox-O⁺-Mg削弱Mg和O的结合力，这个结构非常不稳定，即使是亲核性较低的亲核成分也可以将其破坏。因此可以利用一种既具有嗜氧性又具备亲核性的物质清除氧化镁层。

基于这些考虑，一种由亲氧的Ti元素和亲核试剂功能化的复合材料(TFSI)处理镁，使用经Ti复合物预处理的Mg阳极的电池，具有实际应用价值和良好的电化学性能。这是第一次关于Mg阳极的界面行为的控制（化学预处理）的尝试。