Unveiling the electronic properties of native solid electrolyte interphase layers on Mg metal electrodes using local electrochemistry

电解质 电化学 材料科学 离子键合 电极 扫描电化学显微镜 化学工程 金属 离子 无机化学 化学 物理化学 有机化学 工程类 冶金
作者
Carla Santana Santos,Martina Romio,Yuri Surace,Nicolas Eshraghi,Marco Amores,Andreas Mautner,Christiane Groher,Marcus Jahn,Edgar Ventosa,Wolfgang Schuhmann
出处
期刊:Chemical Science [Royal Society of Chemistry]
卷期号:14 (36): 9923-9932 被引量:6
标识
DOI:10.1039/d3sc02840b
摘要

Magnesium-ion batteries (MIBs) are of considerable interest as environmentally more sustainable, cheaper, and safer alternatives to Li-ion systems. However, spontaneous electrolyte decomposition occurs due to the low standard reduction potential of Mg, leading to the deposition of layers known as native solid electrolyte interphases (n-SEIs). These layers may inhibit the charge transfer (electrons and ions) and, therefore, reduce the specific power and cycle life of MIBs. We propose scanning electrochemical microscopy (SECM) as a microelectrochemical tool to locally quantify the electronic properties of n-SEIs for MIBs. These interphases are spontaneously formed upon contact of Mg metal disks with organoaluminate, organoborate, or bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TFSI)-based electrolyte solutions. Our results unveil increased local electronic and global ionic insulating properties of the n-SEI formed when using TFSI-based electrolytes, whereas a low electronically protecting character is observed with the organoaluminate solution, and the organoborate solution being in between them. Moreover, ex situ morphological and chemical characterization was performed on the Mg samples to support the results obtained by the SECM measurements. Differences in the electronic and ionic conductivities of n-SEIs perfectly correlate with their chemical compositions.

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