镁-氯溶剂化结构在镁基电解液中的作用

阳源源，王进芝，杜俊哲，杜奥冰，赵井文，2，崔光磊，2

（1中国科学院青岛生物能源与过程研究所，山东青岛266101；2青岛市储能产业技术研究院，山东青岛266101）

引 言

随着科技进步，人类对资源的需求日益增加。以太阳能为代表的可再生能源存在能量密度低、分布广泛、具有间歇性等缺点，因此先进储能技术将是可再生能源发展中不可避免的重要议题。锂离子电池长期受锂资源匮乏及安全性等问题的困扰，近年来更加饱受争议，因此发展低成本和高安全的新型二次电池化学势在必行。在元素周期表中，镁与锂处于对角线位置，具有相似的化学性质，更重要的是镁在地壳中含量更加丰富，尤其在我国西部盐湖资源中的储量极高(氯化镁储量＞30亿吨，硫酸镁储量＞15亿吨)。镁基材料易于制备，性价比优势明显(镁锭价格约1.4万元/吨，锂锭价格约50.0万元/吨)[1-2]。同时，金属镁负极得益于2e-的反应机制，具有理论体积容量大(3832 A·h·L-1)的突出优点[3]。可见，研究和开发镁二次电池对未来储能技术的发展及对我国金属资源有效利用的整体布局至关重要。

从历史发展角度来看，虽然镁二次电池与锂离子电池属于同时代产品，但相对于近20年锂离子电池在基础理论及商业化应用的成功，镁二次电池发展一直停留在实验室基础领域研究层面。造成这种现状的原因是诸多涉及电解液的性能短板尚未突破：(1)镁负极-电解液界面不兼容，与锂离子电池形成的固体电解质界面(SEI)膜不同，在镁表面上形成的往往是钝化膜，镁离子难以迁移，阻止进一步的镁沉积/溶解反应[4]；……