利用二價Mg2+作為電荷載體的鎂電池由于其在低成本、高安全性和能量密度方面的獨特性而引起了極大的關注。然而，由于在Mg負極上積累鈍化層而導致的短循環壽命阻礙了其進一步發展。
在此，中國科學技術大學陳維教授、深圳職業技術學院胡漢林教授等人提出并展示了一種抑制鈍化層積累的新策略，通過使用水系Mg-MnO2電池的水包溶劑（SIW）電解液來建立穩定的SEI。具有 O、F、Cl的有機溶劑能夠吸附在Mg負極上并與水中的H原子形成氫鍵，MgCl2溶解到混合溶劑中達到飽和濃度會導致水的活性進一步降低，從而形成SIW電解液。
由于與水混溶、無毒和低成本的特點，聚乙二醇（PEG）被選為模型溶劑來配制SIW電解液。SIW電解液可大大抑制無機鈍化層在鎂負極上的積累，形成了由混合有機-無機組分組成的堅固SEI，這對于穩定鎂負極至關重要。
此外，PEG通過與游離水形成氫鍵來抑制水的活性，從而進一步抑制水在鎂負極上的分解。因此，SIW電解液中溶劑和水的協同作用使Mg負極能夠很好地用于水系Mg-MnO2電池。
基于金屬Mg負極與MnO2正極，作者構建了Mg-MnO2全電池并測試了其在室溫下的電化學性能。在最佳的SIW-2電解液（PEG含量占50 vol%）中，電池在 2.5 V的超平坦放電平臺下400次循環后的比容量高達500 mAh g-1，甚至在5 C下穩定循環超過1000次后容量保持率約為99%，這是最穩定的鎂基電池之一。
此外，作者通過擴大碳氈和Mg負極面積（6×9 cm2）來擴大Mg-MnO2電池的儲能容量。放大后的Mg-MnO2電池顯示出2.39 V的放電平臺及超過100次相對穩定的循環壽命，這反映了其在大規模儲能應用方面的巨大潛力。這項研究突出了通過水包溶劑電解液設計的界面工程穩定鎂負極的可行性，為開發長循環壽命的高性能水系鎂離子電池提供了一條有希望的途徑。
Solid Electrolyte Interface Regulated by Solvent-in-Water Electrolyte Enables High-Voltage and Stable Aqueous Mg-MnO2 Batteries, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202103352
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