由氟化聚(烷氧基镁)电解质制成的电极-电解质界面，使得高温镁金属电池得以实现优异的性能

《Chemical Engineering Journal》：Fluorinated poly(alkoxide magnesium) electrolyte derived favorable electrodes-electrolyte interphases enable high-temperature magnesium metal batteries

本研究开发了一种氟化聚镁氧电解质（PFTGA），可在150℃下稳定工作。通过氟化处理显著提升了电解质的阳极稳定性和溶解性，并形成MgF?富集的有机-无机梯度SEI层，有效抑制副反应。Mg//Mg对称电池在0.5 mA/cm2下循环1400小时，极化低至80 mV，Mo?S?//Mg全电池在120℃下100次循环后容量保持75%。该聚合物主导的SEI设计策略为高温镁电池提供了新方向。

　　镁离子电池因其在高安全性、高体积容量和低成本方面的显著优势，正逐渐成为下一代高温运行能量存储系统的有力候选。近年来，随着对高温能量存储系统需求的不断增长，开发能够在高温下稳定运行的镁电池成为研究热点。在这一背景下，研究人员提出了一种基于氟化聚（烷氧基镁）（PFTGA）的电解质设计，该电解质能够实现高达150°C的高温运行。这项研究为高安全性的镁电池在高温环境下的应用提供了新的方向。

镁金属作为一种极具潜力的负极材料，因其出色的热稳定性（熔点高达651°C）和稀有枝晶生长特性（镁的快速自扩散动力学）而受到关注。相较于锂金属，镁金属在高温环境下的表现更为稳定，这使得其在高温电池中的应用成为可能。此外，镁资源丰富且成本低廉，这进一步增强了其在实际应用中的可行性。然而，镁电池的性能受到电解质体系的显著影响。传统的电解质体系往往在高温下表现出较差的热稳定性或较低的沸点，这不仅影响电池的库仑效率，还可能导致电池失效。因此，开发具有优异热稳定性的电解质体系成为推动镁电池技术发展的关键。

同时，镁金属的还原电位较低（约-2.37 V vs. 标准氢电极），这使得镁金属在与大多数镁电解质接触时容易发生反应，形成固态电解质界面（SEI）。这一反应在高温环境下更为剧烈，从而导致SEI层的不稳定性。SEI层在电池运行中起到至关重要的作用，它不仅能够防止电解质的持续分解，还能有效保护镁金属负极。然而，目前大多数基于小分子镁盐的SEI构建方法并不适用于高温镁电池。这类方法形成的SEI层通常具有较高的脆性，难以承受极端温度变化带来的体积变化，且在构建过程中会消耗大量镁源，加速电池性能的退化。

为了克服这些挑战，研究团队提出了一种新的策略，即通过调整聚合物电解质的分子结构，使其最低未占据分子轨道（LUMO）能量水平略低于溶剂和镁盐的能量水平，从而促使聚合物优先分解，形成稳定的SEI层。这种方法相比传统的外源性SEI构建技术更具优势，因为它能够实现原位构建，提高SEI层的稳定性和均匀性。此外，这种方法还能够减少对镁源的消耗，延长电池的使用寿命。

本研究中，研究人员开发了一种氟化聚（烷氧基镁）（PFTGA）电解质，该电解质能够在30至150°C的宽温度范围内稳定运行。氟化基团的引入显著提高了聚合物电解质的溶解性，并降低了其LUMO能量水平，使其能够在镁金属表面优先分解，形成富含镁氟化物（MgF?）的有机-无机梯度SEI层。这种SEI层不仅具有优异的稳定性，还能够有效抑制副反应，确保界面的长期稳定。实验结果表明，采用PFTGA电解质的镁对镁（Mg//Mg）对称电池在0.5 mA cm?2的电流密度下，能够实现超过1400小时的超稳定循环，且极化仅为80 mV。此外，Mo?S?//Mg全电池在120°C下经过100次循环后仍能保持75%的初始容量，显示出良好的高温性能。

该研究的创新点在于其对聚合物电解质分子设计的精准调控，使其能够适应高温环境下的镁电池需求。通过引入氟化基团，研究人员成功提高了电解质的热稳定性和离子导电性，同时优化了SEI层的形成过程。这种新型电解质的设计策略为未来高温镁电池的发展提供了重要的理论依据和技术支持。此外，该研究还强调了原位构建SEI层的重要性，指出这种方法相较于传统方法更具优势，能够提高电池的循环寿命和安全性。

为了验证PFTGA电解质的性能，研究人员采用了多种表征技术，包括电化学测试、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等。这些技术不仅能够评估电解质的离子导电性和热稳定性，还能分析SEI层的组成和结构。通过这些测试，研究人员发现PFTGA电解质在高温下表现出优异的性能，其形成的SEI层具有良好的导电性和稳定性，能够有效抑制镁金属负极的副反应，从而提高电池的整体性能。

在实际应用方面，PFTGA电解质的设计为高温镁电池的商业化提供了新的可能性。由于其优异的热稳定性和低极化特性，这种电解质有望在高温工业设备、航空航天和汽车等领域得到广泛应用。此外，该研究还指出，通过进一步优化聚合物电解质的分子结构，可以进一步提高其在高温下的性能，从而推动镁电池技术的进一步发展。

总的来说，这项研究通过引入氟化基团，成功开发了一种能够在高温下稳定运行的聚合物电解质。这种电解质不仅能够提高镁电池的循环寿命和安全性，还能够有效抑制副反应，确保界面的长期稳定。该研究的成果为未来高温镁电池的设计和开发提供了重要的参考，并为实现高安全、高容量和低成本的镁电池系统奠定了基础。随着研究的深入和技术的进步，预计这种新型电解质将在未来的能源存储系统中发挥更加重要的作用。