凭借镁金属的高體(tǐ)积比容量、高安全性、高自然丰度以及低成本等诸多(duō)优势，镁金属二次電(diàn)池受到的关注日益增多(duō)，成為(wèi)“后锂离子電(diàn)池”时期极具发展潜力的電(diàn)池體(tǐ)系之一。中國(guó)是全球最大的镁资源及镁加工产品的生产國(guó)和出口國(guó)，因此，我國(guó)发展镁電(diàn)池具有(yǒu)得天独厚的资源优势和产业优势。然而，镁金属二次電(diàn)池的发展尚处于初期阶段，还有(yǒu)诸多(duō)技术瓶颈亟待克服。
中科(kē)院青岛生物(wù)能(néng)源与过程研究所固态能(néng)源系统技术中心围绕镁電(diàn)池中的关键科(kē)學(xué)问题，开展了大量富有(yǒu)影响力的研究工作，近期在國(guó)际权威期刊Angewandte Chemie International Edition、Advanced Materials和Advanced Energy Materials上相继发表了系列重要研究进展。
针对目前争议较多(duō)的镁金属负极是否存在枝晶问题，研究团队通过多(duō)种手段证明，在与镁金属负极兼容性较好的含氯镁電(diàn)解液中，在实用(yòng)化的電(diàn)流密度和面容量条件下（≤ 5 mA cm-2，> 4 mA h cm-2），在不做任何集流體(tǐ)修饰的前提下，镁金属沉积物(wù)依旧非常地均匀且致密，充分(fēn)體(tǐ)现了镁金属负极的独特优势。但是在0.1-1 mA cm-2的适中電(diàn)流密度范围内，镁金属负极的不均匀溶出行為(wèi)造成其表面出现严重的腐蚀坑，进而导致后续循环过程中的镁金属沉积不均匀，最终造成镁金属负极的过早失效或内短路问题。
更有(yǒu)趣的是，在含氯镁電(diàn)解液體(tǐ)系中，这种不均匀溶出行為(wèi)与施加電(diàn)流大小(xiǎo)存在密切的联系。通过多(duō)种原位谱學(xué)表征证明，施加電(diàn)流大小(xiǎo)直接影响了電(diàn)化學(xué)反应界面处的含氯物(wù)种分(fēn)布，进而引发了不同的镁溶出行為(wèi)。这项研究将会引起大家对各种金属负极溶出行為(wèi)的重点关注，并启发研究人员们，综合考虑金属负极的沉积-溶解过程才能(néng)判断其真正的实用(yòng)性。
研究团队早期开发了大量铜硫化合物(wù)和铜硒化合物(wù)储镁正极材料，但对于其電(diàn)荷存储机制认识不足。近期，团队以Cu2-xSe為(wèi)模型材料，充分(fēn)阐明了该类材料中的特殊阴离子补偿机制。与先前被广泛报道的Cu2+—Cu+—Cu0分(fēn)步置换反应机理(lǐ)不同，该工作证明了该类材料中普遍存在的两个放電(diàn)平台分(fēn)别对应于：Cu2-xSe与Cu2Se的转化反应，以及Cu2Se与Mg2+的置换反应。
在Cu2-xSe与Cu2Se的转化反应过程中，可(kě)溶性多(duō)硒化物(wù)介导的Sen2-/Se2-阴离子氧化还原过程有(yǒu)利于正极侧的電(diàn)荷存储，但是伴随而来的多(duō)硒化物(wù)溶解-穿梭会导致電(diàn)池性能(néng)下降。因此，研究团队又(yòu)通过在Cu2-xSe正极中引入Mo6S8，制备得到的嵌入-转化型复合正极能(néng)够有(yǒu)效固定正极侧的多(duō)硒化物(wù)，显著提高了電(diàn)化學(xué)性能(néng)。
具體(tǐ)而言，在100 mA g-1的電(diàn)流密度下，可(kě)逆比容量从140 mAh g-1提高到220 mAh g-1，而且倍率性能(néng)和長(cháng)循环稳定性也有(yǒu)大幅提升。这项工作為(wèi)硫族转化型正极的研究提供了全新(xīn)认识，对新(xīn)型高能(néng)储镁正极的开发具有(yǒu)重要意义。易诺科(kē)技认為(wèi)镁金属元素的提炼和开发，可(kě)借助手持式合金分(fēn)析仪来提高工作效率，不管是镁合金分(fēn)拣，还是确认未知材料中，是否含有(yǒu)镁元素，手持式合金分(fēn)析仪都能(néng)很(hěn)好的帮助用(yòng)户进行辨别——手持式合金分(fēn)析仪具有(yǒu)哪些优秀特性？
為(wèi)了充分(fēn)发挥镁金属電(diàn)池的高安全特性，进一步拓展其在高温特种電(diàn)源方面的应用(yòng)场景，研究团队设计开发了一种具有(yǒu)自支撑特性的单离子导體(tǐ)聚合物(wù)基镁電(diàn)解质，表现出优异的综合電(diàn)化學(xué)性能(néng)。利用(yòng)该聚合物(wù)電(diàn)解质组装的镁金属二次電(diàn)池能(néng)够在150 ℃高温条件下正常运行，為(wèi)地下资源勘探、火星探测等高温特种電(diàn)源领域提供了技术储备。
目前，研究团队已在镁金属二次電(diàn)池领域发表高影响力SCI论文(wén)三十余篇，致力于打造镁電(diàn)池，尤其是高性能(néng)固态镁電(diàn)池领域的原始创新(xīn)策源地，并且已成長(cháng)為(wèi)國(guó)际上具有(yǒu)较高显示度的研究团队之一。团队围绕镁電(diàn)池关键材料开发和器件设计已申请相关专利十余项，基本形成具有(yǒu)完全自主知识产权的镁電(diàn)池核心技术。上述工作得到了國(guó)家重点研发计划、中科(kē)院战略性先导专项、國(guó)家自然科(kē)學(xué)基金委、中科(kē)院青促会、山(shān)东省重点研发计划等项目的支持。