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鎂電池具有高體積能量密度和無枝晶沉積的鎂，在儲能設備中引起了廣泛關注。然而，由于Mg負極和電解液之間的相關界面問題以及Mg²⁺離子的緩慢固態擴散動力學，其進一步發展仍然停滯不前。

澳大利亞阿德萊德大學喬世璋等首次提出了一種原位轉化化學方法，即利用由Li⁺驅動的硒化鉍(Bi₂Se₃)構建納米結構的Bi負極。

圖1 Bi₂Se₃的表征和兩級工作機制示意圖

首先通過簡便的溶劑熱途徑合成了具有六邊形R3? m空間群晶體結構的Bi₂Se₃ 納米片，并將其用作構建Bi負極（BS-Bi）的前驅體。然后通過原位電化學反應從Bi₂Se₃獲得納米結構的Bi負極。

與Mg²⁺/Li⁺混合電解液相結合，納米結構Bi負極的電化學活性和合金/脫合金效率完全由鋰鹽驅動。原位形成的具有納米尺寸Bi活性晶體的Bi負極具有Mg²⁺擴散長度短和離子擴散率極高的優勢，這大大提高了Mg-Bi合金/脫合金反應的效率和可充鎂電池(RMBs)在高電流密度下循環穩定性。

圖2 BS-Bi電極的電化學性能

實驗顯示，所得的Bi負極表現出優異的倍率性能（1 A g^-1時為335 mAh g^-1）和超過 600 次循環的長循環穩定性，這超過了可充鎂電池中最先進的Bi基負極。

此外，作者通過同步輻射XAS和原位同步輻射X射線衍射以及一系列光譜分析，驗證了Li⁺驅動的轉化反應以及可逆的鎂合金/脫合金過程。Li⁺驅動的電池化學可以擴展到其他多價離子電池系統，并通過原位電化學反應促進新材料的探索。

圖3 BS-Bi電極的同步輻射XRD研究

Synchrotron X-ray Spectroscopic Investigations of In-Situ Formed Alloy Anodes for Magnesium Batteries. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202108688

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喬世璋AM：鎂電池原位成形合金負極的同步輻射X射線光譜研究

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