新型镁电池负极材料的研发

采用金属镁作为负极的可充电镁电池具有资源丰富、理论比能量高、无锂枝晶生长、安全性好、价格低廉等潜在的优点。然而，由于二价Mg2的极性较大、Mg2嵌入到正极材料中的动力学缓慢等问题，严重制约了镁电池的实际性能。到目前为止，在镁电池中只有少数的金属/合金型或离子嵌入型负极材料表现出合适的放电容量和循环稳定性。
       为了改善镁电池电极材料的综合性能，必需对其原子结构和表界面进行优化设计。电极材料中的晶格缺陷，例如氧空位，对于过渡金属氧化物的物理和化学性质有很大影响。电极材料中的氧空位可以促进电子和离子的传输，有效提高电池的电化学性能。
       南京大学化学化工学院金钟教授和马晶教授团队密切合作，提出了一种新的原子取代方法，以超薄TiS2纳米片为前驱体来合成含有丰富氧空位（OVs）的超薄、多孔、黑色TiO2-x（B-TiO2-x）纳米片，用于镁电池负极材料。
实验结果和DFT理论计算均证实，B-TiO2-x电极材料中存在的大量OVs能够显著提高材料的导电性和提供大量的镁离子存储位点，并表现出了较快的电化学反应动力学和优异的比容量和循环稳定性。该工作证明利用缺陷工程策略 可以有效改善镁电池电极材料的整体电化学性能。
      这一成果以“AtomicSubstitutionEnabledSynthesisofVacancy-RichTwo-DimensionalBlackTiO2-xNanoflakesforHigh-PerformanceRechargeableMagnesiumBatteries”为题发表在ACSNano2018,12,12492-12502上。关注材料科学与工程公众号学习更多知识。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省杰出青年基金、江苏省双创人才计划等项目的资助。