祝贺王鹭婧博士在水系镁金属电池方面的研究成果在Science China Chemistry杂志发表

        近日，吉林大学物理学院新型电池物理与技术教育部重点实验室杜菲教授团队在水系镁金属电池电解液研究方面取得重要进展。相关成果以“Solvation regulation enabled a compatible hybrid electrolyte for reversible aqueous magnesium metal batteries”为题，发表在国际知名期刊SCIENCE CHINA Chemistry上。
        随着新能源与大规模储能需求的快速增长，水系金属电池因其安全性高、成本低廉、环境友好等优势，被认为是下一代规模化储能技术的重要发展方向。其中，镁金属凭借资源丰富、体积比容量高、理论电位较高且无枝晶安全隐患等特点，被视为极具潜力的金属负极材料。然而，镁金属在水系环境中具有较高的化学活性，易发生腐蚀反应和析氢反应（HER），并伴随绝缘性副产物生成，导致界面不稳定和电化学性能快速衰减，严重制约了水系镁金属电池的发展。
        此外，现有水系镁金属电池研究多集中于MgCl2等含氯电解液体系，Cl-的存在往往会加剧电极及电池结构的腐蚀，进一步放大副反应，影响电池的长期稳定运行。因此，从电解液层面系统调控镁离子的溶剂化结构、抑制析氢反应并构建稳定界面，被认为是实现高性能水系镁金属电池的关键突破口。
        针对上述挑战，该研究团队提出了一种基于溶剂化结构调控的水系电解液设计策略。研究中系统比较了多种镁盐在水系环境中的腐蚀行为与界面稳定性，创新性地选用Mg(TFSI)2作为无氯电解质盐，有效规避了Cl-引发的腐蚀问题。同时，引入有机分子1,3-dioxolane（DOL）作为电解液添加剂，通过其作为氢键受体的作用，削弱水分子之间的氢键网络，显著降低自由水活性，从而拓宽电解液的电化学稳定窗口。
        进一步研究表明，DOL不仅能够优化Mg2+的溶剂化结构，还可诱导TFSI-优先分解，在镁金属表面原位构筑一层致密、富含无机组分的稳定SEI膜，有效抑制析氢反应及界面副反应，为实现可逆的镁沉积/剥离提供了稳定的界面环境。在此基础上，所构建的水系镁金属对称电池展现出优异的循环稳定性。
        在全电池层面，该研究将镁金属负极分别与普鲁士蓝（CuHCF）和MnO2正极相匹配，实现了水系体系中较高的工作电压。其中，Mg∥CuHCF全电池可在约1.9 V的电压下稳定运行，循环寿命超过1800次；在pH解耦的Mg∥MnO2构型中，镁金属的高电压特性得到充分发挥，工作电压高达2.7 V，并实现了1679 Wh kg-1（基于正极）的高能量密度。
        该研究从电解液与溶剂化结构的本质出发，系统揭示了水系环境下镁金属界面失稳的关键机制，提出了一种具有普适意义的电解液设计思路，为构建高安全、高能量密度的水系多价金属电池提供了新的研究范式，对推动水系储能技术的发展具有重要科学意义和应用前景。