重庆大学潘复生院士、黄光胜、熊方宇，最新AFM！微合金化设计Mg-Gd-Mn负极助力长寿命、无枝晶可充镁电池

第一作者：王青孟

通讯作者：熊方宇*，黄光胜*

单位：重庆大学材料与科学工程学院、国家镁合金材料工程技术研究中心、重庆新型储能与装备研究院

金属镁负极凭借其丰富的储量（地壳丰度：约为23,300 ppm）、高体积比容量（3833 mAh cm^-3）以及良好的安全性（不易产生枝晶），使得可充镁电池（RMBs）备受瞩目，被视为极具发展潜力的储能体系之一。虽然镁电池在电解液和电极材料设计方面已取得许多进展，但其实际应用仍面临镁金属负极-电解质界面不稳定性的瓶颈。镁的溶解-沉积过程通常不均匀，并伴随着电化学腐蚀等副反应，这些问题容易导致局部电流密度变化和较高电流密度下镁枝晶的形成，加剧容量衰减并损害循环稳定性。因此，设计并开发出实用、高效的金属镁负极对推动可充镁电池的应用和发展尤为重要。

近日，重庆大学潘复生院士、黄光胜教授、熊方宇副教授团队在Advanced Functional Materials期刊发表题为“Micro-Alloying Engineered Mg-Gd-Mn Negative Electrode With Synergistic Grain Refinement and Non-Basal Texturing for Long-Life and Dendrite-Free Magnesium Batteries”的研究论文。该文章提出了一种新颖的微合金化策略，为高性能镁负极的理性设计提供了重要参考，凸显了微观结构与晶体学工程在释放镁金属负极实际应用潜力中的关键作用。

Gd的晶界钉扎效应实现了晶粒细化和非基面织构调控，而Mn固溶则增强了基体的耐腐蚀性。这既保留了纯镁的安全性，又协同增强了结构完整性和界面稳定性。

细晶结构和非基面取向促进了均匀的Mg²⁺通量和沉积行为，改善了镁离子传输动力学。通过原位光学显微镜和SEM观察证实Mg-Gd-Mn电极在沉积过程中无枝晶形成，表现出平面致密沉积形态，而纯Mg则出现不均匀沉积和枝晶。

Mg-Gd-Mn合金负极表现出优异的电化学活性和大幅优化的循环性能。使用Mg-Gd-Mn电极的对称电池在3 mA cm⁻²和3 mAh cm⁻²条件下可稳定循环超过1050小时。与纯镁负极相比，其全电池也展现出更高的放电容量、更好的倍率性能和更优的长循环稳定性。该研究为下一代镁负极的微合金化设计原则提供了有价值的见解。

Micro-Alloying Engineered Mg-Gd-Mn Negative Electrode With Synergistic Grain Refinement and Non-Basal Texturing for Long-Life and Dendrite-Free Magnesium Batteries

黄光胜简介：重庆大学教授，现任重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心副主任。主要从事新型镁合金与加工方法、镁离子电池关键材料与电池系统、镁合金的塑性机理与塑性加工技术，发表学术论文300余篇，获授权国家发明专利27项，获省部级和国际奖8项。

熊方宇简介：重庆大学副教授，主要从事镁电池、钠离子电池等新型二次电池关键电极材料与器件的研究，入选第十届中国科协“青年人才托举工程”。发表学术论文100余篇，其中以第一作者或通讯作者发表论文20余篇，包括Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、Materials Today、Nano Energy等，论文总引用7000余次，入选2025年全球前2%顶尖科学家榜单。

本论文第一作者为重庆大学材料科学与工程学院博士研究生王青孟，主要研究方向为可充镁电池负极材料。