Version of Record online:16 April 2020
1. 为什么要研究镁离子电池？
化石燃料的燃烧造成了严重的环境问题，包括空气质量差和全球变暖。因此，低成本、电网规模的可再生能源储能对于可持续发展是必不可少的。锂离子电池（LIB）是一种最先进的储能装置，用于为电动汽车和便携式电子设备供电。然而，目前的锂离子电池仍然不能满足日益增长的高能量密度和高安全性的要求，而且由于锂资源在地壳（0.0022 wt%）中分布的不均匀性和有限性，阻碍了锂离子电池的大规模发展，因此开发新的电池系统至关重要。
多价离子电池原理上可以提供比单价锂离子电池更高的能量密度，这可以通过使用非锂金属负极来克服上述问题。在各种候选电池中，与锂离子电池相比，可充电镁电池具有许多优势，例如丰富的镁资源、较小的离子半径（0.72Å）和高理论容量（3833 mAh cm-3）（图1a）。特别是，由于金属镁负极在循环过程中无树枝状晶，因此金属镁负极比锂负极具有更高的氧化稳定性，因此金属镁负极比锂负极更安全。
图1. a） 镁金属与其它金属负极不同特性的比较。b） 可充电镁离子电池的工作原理和配置。d） 可充电镁离子电池各种正极材料的容量与截止电压的关系。
2. 镁离子电池存在的问题
可充电镁离子电池(RMBs)的结构和工作机制与LIBs类似（图1b、c）。然而，目前对RMBs的研究仍面临诸多挑战。特别是，金属镁负极有强烈的倾向，形成一个绝缘和钝化的表面层，这在室温下动力学阻止电化学反应。这种钝化层给选择合适的电极和电解质带来了困难。
此外，许多RMBs电解液对空气敏感、腐蚀性强、易燃，对实际应用构成威胁。考虑到镁基电化学反应机理的复杂性，寻找合适的正极材料在室温下实现
Mg2+的快速插层/脱层是一个挑战。许多有益的开创性工作都致力于为RMBs开发正极材料（图1d）。Mg2+的强静电相互作用不可避免地导致慢化动力学，特别是在室温下，慢化动力学比Li+慢。
文章介绍
近日，澳大利亚悉尼科技大学汪国秀教授课题组在国际知名期刊Advanced Energy Materials（2018影响因子：24.88）上发表题为“Recent Advances in Rechargeable Magnesium‐Based Batteries for High‐Efficiency Energy Storage”的综述。该综述系统而深入地综述了近年发展起来的镁离子二次电池正极材料，包括插层型负极极材料和转化反应型化合物。综合阐述了微结构与电化学性能的关系。此外，综述讨论了金属镁以外的负极材料。
作者还探索了其他镁基储能技术，包括镁空气电池、镁硫电池和镁碘电池。本综述还可为高能量密度镁基可充电电池的发展提供基础知识和有价值的策略。该论文第一作者为郭子琪，苏大为老师为共同通讯。
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