金屬鎂因其低電化學(xué)勢和高理論容量而成為可充電鎂離子電池（MIB）的一種有前途的負(fù)極材料。然而，液態(tài)電解質(zhì)鈍化導(dǎo)致鎂電極界面上的低Mg²⁺電導(dǎo)率阻礙了其發(fā)展。此外，鎂金屬負(fù)極能否形成鎂枝晶也存在爭議。

在此，山東大學(xué)馮金奎教授等人發(fā)現(xiàn)鎂金屬負(fù)極可以形成鎂枝晶，因而提出了一種新的策略，通過在鎂箔上簡單涂覆一層薄液態(tài)金屬Ga層形成Ga₅Mg₂合金層來提高鎂負(fù)極的穩(wěn)定性。該策略有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）該涂層方法非常簡單；

2）Ga₅Mg₂合金層可緊密包覆在鎂箔表面，即使彎曲、折疊、加熱和鍍/剝時(shí)也不會(huì)脫落；

3）Ga₅Mg₂合金層的化學(xué)反應(yīng)性低于純鎂箔，它可以作為保護(hù)層緩解界面腐蝕，促進(jìn)可逆的鍍鎂/剝離；

4）Ga₅Mg₂合金是一種混合離子/電子導(dǎo)體，可在界面上實(shí)現(xiàn)快速的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)；

5）在鍍鎂/脫鎂過程中，Ga₅Mg₂合金層的相組成可以保持穩(wěn)定；

6）Ga₅Mg₂合金由于存在親鎂Ga位點(diǎn)而表現(xiàn)出一定的親鎂性，在鍍鎂/脫鎂過程中可以減少成核勢壘，從而使Mg沉積均勻且無枝晶。

圖1. Ga₅Mg₂-Mg的制備及表征

基于上述優(yōu)勢，Ga₅Mg₂-Mg對稱電池可以持續(xù)使用500小時(shí)而不發(fā)生短路。而Mg對稱電池的電壓在27小時(shí)左右突然下降到一個(gè)很小的值，表明發(fā)生了短路，這是由Mg枝晶的形成引起的?；贙B/S復(fù)合材料作為正極材料，作者組裝了Mg-S全電池以評估Ga₅Mg₂-Mg電極的實(shí)際應(yīng)用能力。

結(jié)果顯示，Ga₅Mg₂-Mg/S電池第2次循環(huán)的放電比容量為 485.2 mAh g^-1，在0.1 C下循環(huán)30 次后比容量為 312.2 mAh g^-1。而對于純Mg/S電池，循環(huán)后的放電比容量直接從 464.6下降到 223.2 mAh g^-1。此外，優(yōu)化Ga₅Mg₂層的厚度、改變液態(tài)電解質(zhì)的成分或液態(tài)金屬的種類可能會(huì)進(jìn)一步提高M(jìn)IB的電化學(xué)性能，這項(xiàng)研究可以啟發(fā)相關(guān)研究人員并為高能鎂金屬電池鋪平道路。

圖2. Ga₅Mg₂-Mg電極的電化學(xué)性能

Highly reversible Mg metal anodes enabled by interfacial liquid metal engineering for high-energy Mg-S batteries, Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.03.046