硫族化合物被认为是重要的储镁正极材料，其能够在可充镁电池中满足高体积能量密度的要求。然而，硫族储镁正极面临着严重的容量衰减和首周库伦效率低下的问题，其Mg²⁺储存机制也尚不明确。近日，青岛科技大学周新红教授、中科院青岛生物过程与能源研究所崔光磊研究员与董杉木研究员等发现Cu_2-xSe正极储镁机制是一种由聚硒化物（PSe）介导的可逆置换反应。

文章要点

1）研究人员首次发现了储镁正极的置换反应过程中的阴离子氧化还原过程。研究人员以Cu_2-xSe作为模型材料发现了Se_n^2-/Se^2-电荷补偿机制的直接证据，这是由可溶性PSe介导的过程。

2）之前的很多研究认为不管是硫化铜正极还是硫化硒正极，其两个放电平台分别归属于Cu²⁺到Cu⁺和Cu⁺到Cu⁰的转化过程。然而，本工作的证据表明高电位放电平台应该归属于Se_n^2-还原为Se^2-的过程，低电位平台应归属于Mg²⁺置换Cu⁺的反应。

3）基于上述发现，研究人员认为在高电位平台上形成PSe的交叉效应会导致电池容量的迅速衰减。通过向Cu_2-xSe正极中加入少量Mo₆S₈能够抑制PSe的溶解进而改善电化学性能。复合Cu_2-xSe负极表现出高达220mAh/g的可逆比容量并具备良好的循环稳定性。

参考文献

Xuelian Qu et al, Charge-Compensation in Displacement Mg2+ S torage Cathode through Polyselenide Mediated Anion Redox, Angewandte Chemie, 2022

DOI: 10.1002/ange.202204423

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202204423?af=R