Ether–Water Hybrid Electrolyte Contributing to Excellent Mg Ion Storage in Layered Sodium Vanadate

电解质 阴极 电化学 溶解 材料科学 化学工程 储能 扩散 无机化学 插层(化学) 化学 电极 物理化学 量子力学 热力学 物理 工程类 功率(物理)
作者
Xiaoke Wang,Xixi Zhang,Gang Zhao,Hong Hu,Zijie Tang,Xijin Xu,Hongfei Li,Zhi Chen,Cuiping Han
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (4): 6093-6102 被引量:52
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c11590
摘要

Magnesium ion batteries have potential for large-scale energy storage. However, the high charge density of Mg2+ ions establishes a strong intercalation energy barrier in host materials, causing sluggish diffusion kinetics and structural degradation. Here, we report that the kinetic and dissolution issues connected to cathode materials can be resolved simultaneously using a tetraethylene glycol dimethyl ether (TEGDME)-water hybrid electrolyte. The lubricating and shielding effect of water solvent could boost the swift transport of Mg2+, contributing to a high diffusion coefficient within the sodium vanadate (NaV8O20·nH2O) cathode. Meanwhile, the organic TEGDME component can coordinate with water to diminish its activity, thus providing the hybrid electrolyte with a broad electrochemical window of 3.9 V. More importantly, the TEGDME preferentially amassed at the interface, leading to a robust cathode electrolyte interface layer that suppresses the dissolution of vanadium species. Consequently, the NaV8O20·nH2O cathode achieved a specific capacity of 351 mAh g-1 at 0.3 A g-1 and a long cycle life of 1000 cycles in this hybrid electrolyte. A mechanism study revealed the reversible interaction of Mg2+ during cycles. This organic water hybrid electrolyte is effective for overcoming the difficulty of multivalent ion storage.
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