Stabilizing Magnesium Anodes in Rechargeable Magnesium Batteries via Fluorinated Cyclic Ether Electrolyte Additive

材料科学 电解质 电化学 法拉第效率 阳极 乙醚 镁 钝化 化学工程 无机化学 二甲醚 电池(电) 电极 金属 扫描电子显微镜 X射线光电子能谱 腐蚀 介电谱
作者
Hafiz Ahmad Ishfaq,Andrijana Marojević,Carolina Cruz-Cardona,Gregor Kapun,Elena Tchernychova,Olivera Lužanin,Jan Bitenc,Miran Gaberšček,Robert Dominko,Sara Drvarič Talian
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:16 (18) 被引量:7
标识
DOI:10.1002/aenm.202506415
摘要

ABSTRACT Rechargeable magnesium batteries (RMBs) are gaining significant attention as next‐generation energy storage due to high theoretical volumetric energy density, abundance, and low cost of Mg metal. However, practical development remains constrained by surface passivation, cycling instability, and scarcity of compatible electrolytes. In this study, we explore the incorporation of fluorinated cyclic ethers in Mg[Al(hfip) 4 ] 2 /diglyme‐based electrolytes. The addition of 10 vol.% fluorinated cyclic ether improves the electrochemical performance of Mg metal, evidenced by improved coulombic efficiency (98.2% to 99.1%), cycling life (15 vs 90 cycles of Mg plating/stripping at 2 mA cm −2 and 2 mAh cm −2 ), and oxidative stability (3.7 V to 4.1 V vs Mg 0 /Mg 2+ ). The optimized electrolyte also enables stable and prolonged cycling in high‐voltage Mg||polyaniline cells, achieving 75% capacity retention over 500 cycles at 1C. Operando electrochemical impedance spectroscopy, supplemented by scanning electron microscopy and X‐ray photoelectron spectroscopy, was employed to explain the improvement. The electrochemical bottleneck processes occurring on the Mg metal anode without fluorinated ether addition were determined to be incomplete electrode activation, high surface area deposits formed during plating, and passivation of such deposits. These findings highlight the potential of fluorinated ether additives in improving Mg metal performance and advancing electrolyte design for next‐generation RMBs.
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