Proton/Mg2+ Co‐Insertion Chemistry in Aqueous Mg‐Ion Batteries: From the Interface to the Inner

水溶液 化学 质子 电解质 扩散 离子 插入反应 阳极 无机化学 结晶学 电极 物理化学 热力学 催化作用 量子力学 生物化学 有机化学 物理
作者
Meng Huang,Xuanpeng Wang,Junjun Wang,Jiashen Meng,Xiong Liu,Qiu He,Lishan Geng,Qinyou An,Jinlong Yang,Liqiang Mai
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (37) 被引量:28
标识
DOI:10.1002/anie.202308961
摘要

Co-insertion of protons happens widely and enables divalent-ion aqueous batteries to achieve high performances. However, detailed investigations and comprehensive understandings of proton co-insertion are scarce. Herein, we demonstrate that proton co-insertion into tunnel materials is determined jointly by interface derivation and inner diffusion: at the interface, hdrated Mg2+ has poor insertion kinetics, and therefore accumulates and hydrolyzes to produce protons; in the tunnels, co-inserted/lattice H2 O molecules block the Mg2+ diffusion while facilitate the proton diffusion. When monoclinic vanadium dioxide (VO2 (B)) anode is tested in Mg(CH3 COO)2 aqueous solution, the formation of Mg-rich solid electrolyte interphase on the VO2 (B) electrode and co-insertion of derived protons are probed; in the tunnels, the diffusion energy barrier of Mg2+ +H2 O is 2.7 eV, while that of the protons is 0.37 eV. Thus, protons dominate the subsequent insertion and inner diffusion. As a consequence, the VO2 (B) achieves a high capacity of 257.0 mAh g-1 at 1 A g-1 , a high rate retention of 59.1 % from 1 to 8 A g-1 , and stable cyclability of 3000 times with a capacity retention of 81.5 %. This work provides an in-depth understanding of the proton co-insertion and may promote the development of rechargeable aqueous batteries.
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