质子开关调控Cu3VS4微球(100)晶面实现高效插层-转化协同镁钠离子存储

研究人员通过精确调控质子开关，构建了富含(100)晶面的Cu3VS4微球阴极材料，解决了镁离子电池(RMBs)中Mg2+扩散动力学缓慢的难题。该材料在50 mA g-1电流密度下实现240 mAh g-1的高比容量，并展现出优异的循环稳定性（1 A g-1下500次循环保持率77%）。理论计算证实其独特的插层-转化(intercalation-transformation)协同机制为镁钠混合离子电池提供了新思路。

　　

这项突破性研究揭示了质子开关(proton switch)对晶体生长的精准调控机制——通过定向暴露Cu₃VS₄微球的(100)晶面，成功构建了具有三维离子通道的立方体初级颗粒。这种独特的晶体结构不仅提供了丰富的铜(Cu)和钒(V)活性位点，更首次实现了镁钠混合离子(Mg²⁺/Na⁺)的协同存储机制。

电化学测试显示，优化后的阴极材料展现出令人惊艳的"两步走"储能机制：先进行快速的离子插层(intercalation)，随后发生可逆的晶体结构转变(transformation)。这种双模式反应路径使得材料在50 mA g^-1测试条件下，放电比容量高达240 mAh g^-1，刷新了镁钠混合电池的性能纪录。

密度泛函理论(DFT)计算进一步证实，(100)晶面特殊的原子排列能显著降低Mg²⁺的扩散能垒，而立方体颗粒的棱角结构则促进了电子转移。研究人员还成功组装了软包电池原型，其卓越的循环稳定性（1 A g^-1大电流下500次循环容量保持77%）为产业化应用铺平了道路。

这项研究不仅为后锂电池(post-lithium battery)体系提供了新的晶面工程策略，更开创性地揭示了混合离子存储的协同效应，为开发高能量密度、低成本储能系统开辟了新航道。