Anion-Regulated Solvation Structure and Electrode Interface toward Rechargeable Magnesium Batteries

溶剂化 离子 电极 无机化学 材料科学 化学 电化学 纳米技术 物理化学 有机化学 冶金
作者
Duo Zhang,Miao Zhou,E. Sheha,Jiulin Wang,Jun Yang,Yanna NuLi
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:25 (12): 4846-4853 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c06433
摘要

Developing chlorine-free electrolytes enabling fast Mg2+ transport through a solid/cathode-electrolyte interphase (SEI/CEI) remains critical for rechargeable magnesium batteries (RMBs). However, single-anion electrolytes often lack the necessary redox properties for this requirement. Here, we propose a dual-anion electrolyte combining magnesium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide and 1-butyl-1-methylpiperidinium trifluoromethylsulfonate (PP14CF3SO3) in diglyme and 2-methoxyethylamine (MOEA) solvent, achieving efficient Mg plating/stripping, cathode compatibility, and high anodic stability. The electrostatic interactions between MOEA and Mg2+/CF3SO3- stabilize the Mg-anode SEI while fostering CxNy-rich CEI formation. This leads to a significantly improved performance in Mg∥Mg and stainless steel (SS)∥Mg cells, with an extended lifespan over 2500 h and average Coulombic efficiency of 98.1%, respectively. Mo6S8∥Mg full cells exhibit excellent rate performance, while poly(6,6',6″-(benzene-1,3,5-triyl)tris(9,10-anthracenedione)) (PBAQ)∥Mg cells operate at 2.8 V (1 A g-1) with ∼70% capacity retention after 200 cycles. The work highlights anion-mediated solvation regulation, providing insights into advanced electrolyte engineering in high-performance RMBs.
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