由于鎂金屬負極的高理論容量（3833 mA h cm^-3）和低的電化學電位（-2.37 V vs標準氫電極），鎂電池被認為是極具潛力的下一代高能量儲能電池體系。此外，鎂電池還兼顧有高安全性(鎂金屬負極在大多數情況下無枝晶生長風險)、高資源儲量（地殼中鎂元素含量為2%）和低成本等優勢。

然而，與單價（Li/Na/K）金屬電池不同，使用傳統的碳酸酯類電解液會在鎂金屬負極表面形成鈍化層，阻礙了鎂離子的傳輸和可逆的沉積/溶解。因此，如何開發高界面兼容性和高穩定性的電解液是推動鎂電池發展的關鍵。

在此，武漢理工大學麥立強教授團隊利用“金屬置換反應”合成了一類具有高溶解性和界面兼容性的氟化烷基鎂鹽（Mg(ORF)₂），并系統地研究了三氟甲基(-CF₃)的數量和位置對電解質電化學性能的影響。

Mg(ORF)₂中三氟甲基（-CF₃）官能團的數量和位置對電解液性能影響重大，基于氟化程度最高的鎂鹽配置的電解液（Mg(PFTB)₂-MgCl₂-AlCl₃/DME），可以在電池循環過程中與鎂金屬負極原位反應，形成穩定的含氟有機-無機復合固體電解質界面(SEI)。該電解液大幅提升了鎂金屬負極的循環壽命和鎂電池的循環穩定性，提高了鎂電解液的實用性。

圖1. MD模擬

總之，這項工作深入研究了氟化烷基鎂鹽在鎂電池電解質中的應用和作用機理。通過對鎂離子溶劑化結構的重構，該類電解液不僅展示出了更高的氧化穩定性，而且有助于原位形成穩定的富含MgF₂的SEI。

其中，基于氟化程度最高的鎂鹽配置的電解液不僅展示出了超長鎂金屬負極循環壽命（2000小時），還保持超高的平均庫侖效率（99.5%）。其次，作者通過對SEI層的立體、多視角表征，總結了影響鎂金屬負極穩定性的關鍵原因。該工作為合理的設計和合成鎂鹽在電解質領域的應用提供了更多的可能性。

圖2. Mg/Mo₆S₈全電池的電化學性能

Revealing the Interfacial Chemistry of Fluoride Alkyl Magnesium Salts in Magnesium Metal Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202301934