助溶剂辅助带电团簇和固体电解质界面的形成用于高性能镁金属电池
MgCl2是最简单的无机盐，但它在醚类溶剂中的低溶解度阻碍了Mg2+的有效传导。之前已经开发了一种镁氯化锂络合物(MLCC)的全无机电解质，相比于MgCl2/THF电解液，加入LiCl可以有效地提高MgCl2的解离和离子导电性。实验表征和理论计算表明，MLCC电解质通过Cl桥接形成Mg-Cl-Li簇。虽然MLCC电解液中的Mg//Mg电池在2 mA cm−2条件下的循环寿命可达1000小时，但由于离子电导率仍然有限，在较高电流密度下会出现过高的过电位。因此，需要进一步改善离子导电性和电极-电解质界面。
图 1 a) THF和b) BTFE溶剂分子的静电势计算。c) THF(左)和BTFE的LUMO和HOMO能级(右)。d) BTFE共溶剂化MLCC电解质示意图。
图 2 a-c) MLCC-THF和d-f) MLCC-1T1B电解质的MD模拟轨迹快照和RDF(实线)。g) THF、BTFE、THF+BTFE、MLCC-THF和MLCC-1T1B电解质的1H NMR谱。h) MLCC-THF和MLCC-1T1B电解质中阳离子、中性和阴离子团簇的相对百分比。I) 离子电导率。
图 3 在a) MLCC-THF和b) MLCC-1T1B电解质中循环后，Mg负极表面(左)和截面(右)的扫描电镜图像。c) 典型阳离子团簇Mg2LiCl4+ 8THF的LUMO和HOMO能级。Mg电极在d-g) MLCC-1T1B和h-j) MLCC-THF电解液中经过20次循环后的不同Ar+溅射次数的Mg 2p、Cl 2p、O1s和F 1s XPS谱。k) 不同溅射时间下MLCC-THF(上)和MLCC-1T1B(下)电解质的XPS原子比。
图 4 MLCC基电解质的电化学性能。不同电流密度的Mg//Cu在a) MLCC-THF和b) MLCC-1T1B电解质中。c) MLCC-THF和d) MLCC-1T1B电解质和e) 相应CEs在5 mA cm−2 Mg//Cu电压分布图。放电容量为2 mAh cm−2，对Mg/Mg2+充电到截止电位为0.8 V，Mg//Mg在f) 5 mA cm−2和g) 15 mA cm−2时的长循环性能。沉积和剥离容量均为2 mAh cm−2, h) Mg//Mg的性能比较。
图 5 Mg//CuS和Mg//Mo6S8全电池的电化学性能。Mg//CuS在a) MLCC-THF和b) MLCC-1T1B电解质中的速率性能。c) 长循环性能和d) Mg//CuS电池在0.5 C (1 C = 560 mA g−1)下的电压分布。e) 长循环性能和库效，Mg/Mo6S8在80 C (1 C = 128.8 mA g−1)。
文献来源：Cosolvent-Assisted Formation of Charged Ion-Solvent Clusters and Solid Electrolyte Interphase for High-Performance Magnesium Metal Batteries. DOI: 10.1002/aenm.202202602.