缺陷钛聚阴离子纳米带阴极中的混合氧化还原化学助力先进镁离子电池研发

为解决过渡金属硫族化物阴极在镁离子电池(MIBs)中的副反应问题，研究人员开发了具有(001)晶面暴露的缺陷钛聚阴离子阴极(Vs-TiS3)。该材料首次在MIBs中展现出插入-转换混合储能机制，循环生成的缺陷TiS2能强力吸附多硫化镁(MgSx)，实现717.3 mAh g?1的高容量和220 Wh kg?1的能量密度，为多价态金属离子电池设计提供新范式。

　　

寄生反应长期困扰着镁离子电池(MIBs)中过渡金属硫族化物阴极的性能表现，特别是转换型阴极材料。为充分释放理论容量并抑制副反应，研究者通过快速淬火工艺制备出具有(001)晶面暴露的缺陷钛聚阴离子阴极(V_s-TiS₃)。同步辐射X射线吸收谱研究揭示，该材料在MIBs中首次展现出插入与转换反应的混合储能机制。更有趣的是，循环过程中生成的缺陷TiS₂对多硫化镁(MgS_x)副产物展现出强力锚定效应，使电极在25 mA g^?1下获得717.3 mAh g^?1的惊人容量，500 mA g^?1循环100次后仍保持291.5 mAh g^?1。当应用于软包电池时，能量密度飙升至220 Wh kg^?1，创下同类报道最佳纪录。这种"一材多用"的设计策略还可拓展至锂离子(Li⁺)、钠离子(Na⁺)甚至三价铝离子(Al³⁺)电池体系，犹如一把钥匙打开了多价态金属离子电池的大门。