电化学储能技术的发展对我国实现“双碳”战略目标具有重要意义。锂离子电池以其高能量密度已在移动式储能领域占据主导，但锂资源紧缺和安全性问题逐渐成为制约其进一步发展的障碍，发展低成本高安全的新型二次电池体系迫在眉睫。可充镁电池以其独特的优势成为未来规模电化学储能的理想选择之一。金属镁氧化还原电位低，比容量高，且不易产生枝晶，能与贫镁正极匹配构建高比能高安全二次电池体系。与锂资源（0.0065%）相比，地壳中镁资源丰度高（2.1%），特别是我国镁矿储量位居世界前列（占世界21%）。发展可充镁电池技术，不仅可以巩固我国在电化学储能领域的优势地位，更能够增加战略纵深，实现可持续发展。

      目前镁电池发展的最主要难点在于正极材料的开发，镁离子（0.72Å）与锂离子（0.76Å）半径相当，但带有两个单位正电荷，与正极材料作用力强，常见的正极材料储镁活性位点有限且动力学性能较差。针对此问题，徐飞副教授课题组提出以类共价键键合钼硫族化合物作为镁电池正极的策略。钼和硫原子之间的类共价键键合，实现了充放电过程中双元素的氧化还原，从而提供了较高的储镁容量。同时，钼和硫原子之间的类共价键键合促进了电荷离域，削弱了材料与镁离子之间的相互作用力，从而提升了动力学性能。并且，电化学原位形成的空穴为镁离子的传输与存储提供了有效空间。该工作日前发表在美国化学会期刊ACS Nano上。

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c06915

      徐飞副教授课题组长期致力于镁电池的研究与开发，截至目前已发表关于镁电池材料与体系的SCI论文三十篇，围绕镁电池正极与体系的设计难点，提出了：

1.基于软硬酸碱理论的转换型储镁正极设计策略，利用“软酸”阳离子与“软碱”阴离子匹配，提升转换型正极的储镁反应可逆性，所报道的转换型镁电池正极包括：CuS、Cu9S5、Cu2−xSe、CuSe、MoS3、Ag2S、CoSe2、Co0.85Se、Ni0.85Se、FeSe2、Sb2Se3、Bi2Se3、NiCo2Se4、AgCl和聚维酮碘等。

2.基于缔合/解缔机理的有机聚合物储镁正极，利用有机聚合物的开放柔性结构，解决无机物晶格储镁的问题，所报道的有机聚合物镁电池正极包括：聚蒽醌酰亚胺（PAQI）、聚氨基蒽醌（PDAAQ）、聚蒽醌硫醚（PAQS）、共轭二酐和聚苯胺等。

3.通过削弱层间作用力提升层状化合物镁离子嵌脱反应动力学，构建弱层间相互作用嵌入储镁正极：扩层MoSe2、Cu2MoS4和VSe2 等。

4.结合金属镁负极和碱金属离子嵌入正极的优势，规避无机正极嵌镁的短板，构建碱金属-镁混合电池体系：VS2, Na2VTi(PO4)3、FeFe(CN)6和Co3[Co(CN)6]2等。

徐飞课题组镁电池方向部分研究论文：

[1]D. Chen, D. Tao, X. Ren, F. Wen, T. Li*, Z. Chen, Y. Cao, F. Xu*, ACS Nano, DOI: 10.1021/acsnano.2c06915.

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c06915

[2]D. Chen, X. Ren, T. Li*, Z. Chen, Y. Cao, F. Xu*, Energy&Environmental Materials, DOI: 10.1002/eem2.12486.

https://doi.org/10.1002/eem2.12486

[3]X. Ren, F. Wen, S. Cao, F. Xu*, Chemical Engineering Journal, 2023, 452, 139570.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139570

[4]Y. Ding, D. Chen, X. Ren, Y. Cao, F. Xu*, Journal of Materials Chemistry A, 2022, 10, 14111–14120.

https://doi.org/10.1039/d2ta02795j

[5]D. Chen, F. Du, S.-a. Cao*, T. Li, F. Xu*, Chemical Engineering Journal, 2022, 428, 129545.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129545

[6]Y. Zhang, D. Tao, F. Xu*, T. Li*, Chemical Engineering Journal, 2022, 427, 131592.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131592

[7]X. Hu, J. Peng, F. Xu*, M. Ding*, ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13, 48, 57252–57263.

https://doi.org/10.1021/acsami.1c17433

[8]Y. Zhang, T. Li*, S.-a. Cao, W. Luo, F. Xu*, Chemical Engineering Journal, 2020, 387, 124125.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.124125

[9]Y. Zhang, J. Gui, T. Li*, Z. Chen, S.-a. Cao, F. Xu*, Chemical Engineering Journal, 2020, 399, 125689.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.125689

[10]D. Chen, Y. Zhang, X. Li, J. Shen, Z. Chen, S.-a. Cao, T. Li*, F. Xu*, Chemical Engineering Journal, 2020, 384, 123235.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123235

[11]D. Chen, J. Shen, X. Li, S.-a. Cao, T. Li*, W. Luo, F. Xu*, Journal of Energy Chemistry, 2020, 48, 226–232.

https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.01.018

[12]Y. Zhang, T. Li*, S.-a. Cao, W. Luo, F. Xu*, ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2020, 8, 2964−2972.

https://dx.doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b07592

[13]J. Shen, Y. Zhang, D. Chen, X. Li, Z. Chen, S.-a. Cao, T. Li*, F. Xu*, Journal of Materials Chemistry A, 2019, 7, 21410‒21420.

https://doi.org/10.1039/c9ta07470h

[14]D. Chen, Y. Zhang, X. Li, J. Shen, Z. Chen, S.-a. Cao*, T. Li*, F. Xu*, Nanoscale, 2019, 11, 23173‒23181.

https://doi.org/10.1039/c9nr07852e

[15]Y. Zhang, D. Chen, X. Li, J. Shen, Z. Chen, S.-a. Cao, T. Li*, F. Xu*, Nanoscale, 2019, 11, 16043‒16051.

https://doi.org/10.1039/c9nr04280f

[16]M. Wu, Y. Zhang, T. Li*, Z. Chen, S.-a. Cao, F. Xu*, Nanoscale, 2018, 10, 12526–12534.

https://doi.org/10.1039/c8nr03375g