Reversible Electrochemical Interface of Mg Metal and Conventional Electrolyte Enabled by Intermediate Adsorption

电解质 法拉第效率 介电谱 无机化学 材料科学 钝化 电化学 吸附 剥离(纤维) 密度泛函理论 金属 电极 化学 物理化学 图层(电子) 有机化学 计算化学 复合材料
作者
Hui Wang,Xuefei Feng,Ying Chen,Yi‐Sheng Liu,Kee Sung Han,Mingxia Zhou,Mark Engelhard,Vijayakumar Murugesan,Rajeev S. Assary,Tianbiao Liu,Wesley A. Henderson,Zimin Nie,Meng Gu,Jie Xiao,Chongmin Wang,Kristin A. Persson,Donghai Mei,Ji‐Guang Zhang,Karl T. Mueller,Jinghua Guo
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:5 (1): 200-206 被引量:68
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.9b02211
摘要

Conventional electrolytes made by mixing simple Mg2+ salts and aprotic solvents, analogous to those in Li-ion batteries, are incompatible with Mg anodes because Mg metal readily reacts with such electrolytes, producing a passivation layer that blocks Mg2+ transport. Here, we report that, through tuning a conventional electrolyte—Mg(TFSI)2 (TFSI– is N(SO2CF3)2–)—with an Mg(BH4)2 cosalt, highly reversible Mg plating/stripping with a high Coulombic efficiency is achieved by neutralizing the first solvation shell of Mg cationic clusters between Mg2+ and TFSI– and enhanced reductive stability of free TFSI–. A critical adsorption step between Mg0 atoms and active Mg cation clusters involving BH4– anions is identified to be the key enabler for reversible Mg plating/stripping through analysis of the distribution of relaxation times (DRT) from operando electrochemical impedance spectroscopy (EIS), operando electrochemical X-ray absorption spectroscopy (XAS), nuclear magnetic resonance (NMR), and density functional theory (DFT) calculations.

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