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黃維院士團(tuán)隊(duì)，最新Angew：超穩(wěn)定，連續(xù)循環(huán)8個(gè)月！

第一作者：畢經(jīng)煊

通訊作者：艾偉，黃維

通訊單位：西北工業(yè)大學(xué)，陜西柔性電子研究院

黃維，西北工業(yè)大學(xué)教授、博導(dǎo)。中國科學(xué)院院士、俄羅斯科學(xué)院外籍院士、美國國家工程院外籍院士、亞太材料科學(xué)院院士、東盟工程與技術(shù)科學(xué)院外籍院士、巴基斯坦科學(xué)院外籍院士、歐亞科學(xué)院院士。（信息來源：https://jszy.nwpu.edu.cn/huangwei.html）

艾偉，西北工業(yè)大學(xué)柔性電子研究院教授，博士生導(dǎo)師。主持國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、青年項(xiàng)目,軍口國家級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目等7項(xiàng)。研究興趣：1. 電化學(xué)材料和技術(shù)；2. 新能源設(shè)備；3. 靈活的智能技術(shù)。（信息來源：https://teacher.nwpu.edu.cn/bbandss.html）

論文速覽

鎂金屬電池（MMBs）作為鋰離子電池技術(shù)的有力競爭對(duì)象，因低還原電位、高理論體積容量和豐富的鎂資源而備受關(guān)注。然而，不均勻的鎂沉積/剝離行為會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)的枝晶生長，影響電池安全。此外，不規(guī)則的剝離也可能會(huì)引起點(diǎn)蝕和鎂顆粒的脫落，加速電池退化。

本研究開發(fā)了具有高暴露(002)晶面和納米片陣列結(jié)構(gòu)的鎂箔（稱為(002)-Mg），通過一步酸蝕法制備。這種結(jié)構(gòu)不僅促進(jìn)了平滑的成核和密集的沉積，而且顯著減少了鎂陽極的副反應(yīng)。

納米片陣列在表面上均勻分布電場和鎂離子通量，增強(qiáng)了鎂離子傳輸動(dòng)力學(xué)。因此，制造的(002)-Mg電極展現(xiàn)出超過6000小時(shí)（>8個(gè)月）的長周期性能，容量為3 mAh cm?2，電流密度為3 mA cm?2。此外，配備不同電解液和陰極的相應(yīng)軟包電池展示了卓越的容量和循環(huán)穩(wěn)定性，突顯了(002)-Mg電極的優(yōu)越電化學(xué)兼容性。

圖文導(dǎo)讀

圖1：通過酸蝕過程制備(002)-Mg的示意圖，以及(002)-Mg和(101)-Mg的X射線衍射(XRD)圖譜比較，展示了(002)晶面的顯著增強(qiáng)。

圖2：(101)-Mg和(002)-Mg電極在不同沉積容量下的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，以及原位光學(xué)顯微鏡圖像，直觀顯示了不同晶面上鎂沉積過程的差異。

圖3：(002)-Mg和(101)-Mg電極的潤濕性、成核過電位、Tafel圖和電化學(xué)阻抗譜(EIS)的比較，以及對(duì)稱電池的循環(huán)性能和不同電流密度下的倍率性能比較。

圖4：Mo₆S₈ || (002)-Mg和Mo₆S₈ || (101)-Mg全電池的循環(huán)伏安(CV)曲線、倍率性能、EIS曲線比較，以及(002)-Mg軟包電池的長期循環(huán)性能和電壓-容量曲線。

總結(jié)展望

本研究通過密度泛函理論計(jì)算、相場模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了高暴露(002)晶面和納米片陣列結(jié)構(gòu)在調(diào)控鎂沉積/剝離動(dòng)態(tài)中的重要作用。特別是，先進(jìn)的納米片陣列有助于均勻分布鎂離子和電場，同時(shí)促進(jìn)快速的鎂離子傳輸動(dòng)力學(xué)。此外，鎂(002)晶面的顯著暴露確保了受控的鎂成核，并促進(jìn)了平坦、密集的鎂沉積物的形成。因此，實(shí)現(xiàn)了高度可逆的鎂沉積/剝離過程，顯著提高了MMBs的循環(huán)穩(wěn)定性。

值得注意的是，在3 mA cm?2的電流密度和3 mAh cm?2的容量下采用(002)-Mg的對(duì)稱電池展示了超過6000小時(shí)的卓越循環(huán)穩(wěn)定性，電壓滯后僅為78 mV。此外，當(dāng)與和硫陰極集成在軟包電池配置中時(shí)，這些組件展示了出色的長期循環(huán)穩(wěn)定性和杰出的容量。

這項(xiàng)研究為理解晶面和表面形態(tài)對(duì)鎂沉積/剝離行為的影響提供了新的途徑，突出了開發(fā)適用于實(shí)際MMBs應(yīng)用的高度可逆和無枝晶鎂陽極的潛力。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Enhancing Reversibility and Stability of Mg Metal Anodes: High Exposure (002) Facets and Nanosheet Arrays for Superior Mg Plating/Stripping

期刊：Angewandte Chemie International Edition

DOI：10.1002/anie.202407770

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