Multi‐Step Data‐Driven High‐Voltage MgMn 2 O 4 with Inorganic‐Rich Cathode‐Electrolyte Interphase for Stable Mg 2+ Storage

尖晶石 材料科学 阴极 化学工程 相间 电化学 分解 纳米颗粒 储能 表面能 过渡金属 格子(音乐) 电流密度 结构稳定性 晶格常数 纳米技术 电压 热分解 化学稳定性
作者
Jinsong Wan,Huanxuan Lin,Ruimin Li,Liang Yuan,Jinlei Zhang,Zhenqing Fan,Haoxin Li,Zhenghui Pan,Xiaowei Yang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (45)
标识
DOI:10.1002/adfm.75243
摘要

ABSTRACT Rechargeable magnesium batteries (RMBs) are a promising post‐lithium battery, but suffer from insufficient energy density and shortened cycle life due to a lack of suitable cathode materials. Herein, a high‐voltage spinel MgMn 2 O 4 cathode with a stable and dense cathode‐electrolyte interphase (CEI) was obtained via a multi‐step data‐driven strategy combined with an ingenious experimental design for high‐performance RMBs. In detail, computational evaluation of energy above the convex hull and electrochemical voltage windows first identified spinel MgMn 2 O 4 as a suitable Mg 2+ ‐intercalation host, and then ionic‐radius matching and electronic‐configuration considerations motivated Ni substitution at Mn sites of MgMn 2 O 4 . Finally, to demonstrate the theoretical predictions, Ni‐doped MgMn 2 O 4 nanoparticles were designed with a low‐level Ni substitution, in which the Ni incorporation stabilizes the spinel lattice while altering the surface chemical affinity of MgMn 2 O 4 , thereby shifting interfacial reactions from solvent‐dominated decomposition toward anion/additive‐driven inorganic chemistry. Consequently, the CEI evolves from a loose and organic‐rich layer into a compact and inorganic‐rich one, and this transition lowers the energetic barrier for Mg 2+ interfacial desolvation, suppresses continuous parasitic reactions, and stabilizes the cathode surface during cycling. Therefore, the designed high‐voltage cathode exhibits reversible Mg 2+ storage with outstanding cycling stability, retaining ∼150 mAh g −1 after 200 cycles at 200 mA g −1 .
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