镁科研：深圳大学何传新教授团队在镁离子可充电电池研究获进展 ...

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近日，深圳大学化学与环境工程学院何传新教授课题组在《Materials Today》（影响因子31.041，中科院JCR 1区）上发表了题为《Electrochemical Swelling Induced High Material Utilization of Porous Polymers in Magnesium Electrolytes》的研究论文。该团队王晓君博士后为第一作者，深圳大学何传新教授与休斯顿大学姚彦教授为共同通讯作者，深圳大学为第一通讯单位。

镁离子可充电电池因镁金属负极资源丰富成本低、安全性高无枝晶、体积比容量高（3833 mAh cm-3）等特点，成为大规模储能技术的有力候选者。有机聚合物正极材料利用有机材料的氧化还原过程与金属离子可逆配位实现金属离子的储存与释放，对离子的大小和种类有广泛适用性，具有来源广泛、环境友好、成本低、不含过渡金属等特点，非常适用于大规模储能，在镁电池中应用已经有较多报道。然而，目前报道的大部分有机聚合物正极材料在镁电解液中的容量都比较低，大幅低于其在锂电解液中的容量，即大部分有机聚合物正极材料的利用率比(

Mg/

Li)都比较低。而其原理一直不清晰，也限制了镁离子电池在大规模储能应用中的发展。

鉴于此，深圳大学何传新课题组和休斯顿大学姚彦课题组联合开发了一种柔性孔状聚合物电极PSHATN，具有98%的利用率比(Mg/Li)和196 mAh g−1的可逆储存容量。通过电化学阻抗测试、原位光学显微技术测试等方法，证明了PSHATN电极容量与其电化学溶胀过程具有强相关性。通过与线性聚合物电极PAQS和PNDIE进行比较研究，证明了线性聚合物不充分的电化学溶胀过程是限制离子传输和材料利用率的关键。相比于易于链段缠结的线性聚合物和具有刚性骨架的COF孔状正极材料，柔性孔状聚合物PSHATN因具有大的孔径和柔性链而电化学溶胀更充分，其中的镁离子扩散系数达到10-9 cm2 s-1，比线性聚合物PAQS和PNDIE提升了一个数量级。该文章创新性地证明了聚合物电化学溶胀过程对于提升其中离子传输能力和提高材料利用率方面具有重要作用，为镁离子电池大规模储能应用奠定了基础。

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