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余學斌/張騰飛Small: 用于可充電鎂離子電池的固態(tài)電解質(zhì)綜述

與鋰離子電池相比，可充電鎂離子電池由于其儲量充足、成本更低、安全性更好、體積能量密度高等優(yōu)點而受到廣泛關注。固態(tài)電解質(zhì)因其不存在鈍化、枝晶生長和鎂負極腐蝕等問題而在電化學儲能技術中引起了極大的興趣。由于其良好的安全性能，固態(tài)電解質(zhì)可以規(guī)避揮發(fā)性和爆炸性有機溶劑的問題。

在此，復旦大學余學斌教授、南京航空航天大學張騰飛副研究員等人對用于鎂離子電池的固態(tài)電解質(zhì)，包括無機（氧化物、氫化物、硫?qū)倩铮┖陀袡C（金屬-有機骨架和聚合物）材料進行了詳細分類和總結(jié)。

首先，作者系統(tǒng)地討論了這五類電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點、離子傳導機制和改進策略。接下來還討論了Mg²⁺的結(jié)構(gòu)特征和遷移機制，重點關注懸而未決的問題和未來前景。由于Mg²⁺的高電荷密度，Mg²⁺在固態(tài)電解質(zhì)和電極界面內(nèi)的傳輸和擴散很慢。

因此，用于鎂離子固態(tài)電池的固態(tài)電解質(zhì)研究主要集中在提高Mg²⁺的電導率上。此外，固態(tài)鎂離子導體的其他電化學性能往往沒有得到全面表征，包括離子選擇性、電化學穩(wěn)定性、化學相容性、機械性能和組裝技術等。

圖1. 用于鎂離子電池的聚合物電解質(zhì)方案和聚合物主體的分子結(jié)構(gòu)

最后，作者基于鎂離子固態(tài)電解質(zhì)提出了一些未來的發(fā)展前景：

（1）提高電化學穩(wěn)定性和保持高離子電導率的人工SEI和界面改性是潛在的研究重點領域。

（2）基于固態(tài)電解質(zhì)的Mg-S電池可以有效地解決穿梭效應并阻止多硫化物的溶解，從而改善容量衰減和循環(huán)穩(wěn)定性。

（3）利用更先進的表征技術和理論計算方法研究鎂離子在基本氧化還原反應中的遷移機制可能會進一步提高全電池的電化學性能。

（4）復合固態(tài)電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)和組成設計可以進一步優(yōu)化，具有高無機填料含量的復合固體電解質(zhì)應表現(xiàn)出更高的電導率、電化學穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性。

圖2. Mg²⁺在氧化物固態(tài)電解質(zhì)中的遷移

Solid-State Electrolytes for Rechargeable Magnesium-Ion Batteries: From Structure to Mechanism, Small 2022. DOI: 10.1002/smll.202106981

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