Et 3D-magnesiofilt substrat muliggør plan galvanisering/stripping af magnesiummetalanode

Som en lovende kandidat til nuværende lithium-ion-batterier har genopladelige magnesiumbatterier tiltrukket sig stor opmærksomhed på grund af magnesium (Mg) metalanoders overlegne egenskaber, såsom høj volumetrisk kapacitet (3.833 mAh/cm ³ ), rigelige ressourcer, miljøvenlighed og vanskelige at dyrke dendritter.

Selvom nogle undersøgelser har rapporteret, at morfologien af ​​Mg-dendritter kan observeres under ekstreme galvaniseringsforhold, såsom brug af de begrænsede Mg-elektrolytter med lav Mg-ionledningsevne og anvendelse af ultrahøj strømtæthed (10 mAh/cm ² 2 sup> ), er disse testbetingelser klart forskellige fra praktiske krav.

Forskere fra Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology fra det kinesiske videnskabsakademi (CAS) har opdaget, at brugen af ​​den praktiske polyolefinseparator faktisk forårsager kortslutning af møntceller selv ved den lave strømtæthed. De har etableret en planær vækstmodel lag-for-lag til undertrykkelse af kortslutning og foreslået designstrategien for et 3D-magnesiofilt substrat for at opnå plan Mg-galvanisering/stripping-adfærd.

Undersøgelsen blev offentliggjort i ACS Energy Letters den 4. december.

Rigelig dokumentation har vist, at Mg-vækst er ensartet og tæt, når strømtætheden er under 5 mAh/cm ² . Men brug af praktiske polyolefinseparatorer med den tynde tykkelse, lavstrøms opladning og afladning kan forårsage intern kortslutning i møntceller.

Forskerne har foreslået ø-vækstmodellen for Mg-aflejringer baseret på elektrokemiske tests og mikroskopisk morfologiobservation, som med rimelighed forklarer den unormale kortslutningsadfærd.

Ved yderligere at justere parametrene for gittermismatch og overfladeenergien af ​​substratet opnås den plane vækst af Mg-aflejringer lag for lag, hvilket effektivt løser ovenstående unormale kortslutningsproblem.

Forskerne brugte et magnesiofilt 3D-substrat (Ni(OH)₂ @CC) med lav gittermismatch og høj overfladeenergiegenskaber som et galvaniseringssubstrat, hvilket ikke kun muliggjorde den reversible galvanisering/stripping-proces, men også matchede med en højbelastnings Mo₆ S₈ katode (30 mg/cm ² ).

Ved grundigt at udforske kortslutningsfænomenet forårsaget af unormal ikke-dendritisk galvaniseringsadfærd i RMB'er og foreslå validerede løsninger, giver dette arbejde en vigtig drivkraft for den praktiske anvendelse af Mg-metalanode.

Flere oplysninger: Guixin Wang et al., Achieving Planar Electroplating/Stripping Behavior of Magnesium Metal Anode for a Practical Magnesium Battery, ACS Energy Letters (2023). DOI:10.1021/acsenergylett.3c02058

Journaloplysninger: ACS Energy Letters

Leveret af Chinese Academy of Sciences