《Journal of Electroanalytical Chemistry》：Electrodeposition regulation toward stable and high-utilization magnesium metal anodes for rechargeable magnesium batteries
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制备出了超薄且致密的镁箔，其颗粒非常细腻。
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研究了电流密度和温度对镁电沉积的影响。
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经过优化的镁箔在50%的镁利用率下，可实现超过1100小时的长期循环寿命。
引言
全球经济的扩张和社会的发展推动了能源消耗的激增，对化石燃料的过
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制备出了超薄且致密的镁箔，其颗粒非常细腻。
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研究了电流密度和温度对镁电沉积的影响。
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经过优化的镁箔在50%的镁利用率下，可实现超过1100小时的长期循环寿命。
引言
全球经济的扩张和社会的发展推动了能源消耗的激增，对化石燃料的过度依赖加速了资源枯竭，并引发了严重的环境问题，如全球变暖。因此，发展与利用可再生能源对于可持续发展至关重要，而其有效应用在很大程度上依赖于先进的储能技术。[1], [2], [3] 锂离子电池凭借其成熟的制造工艺、优异的能量密度和长期的循环性能，已被广泛应用于电动汽车、电网规模的能源存储和智能制造领域。[4], [5], [6], [7] 然而，锂资源的稀缺性和固有的安全隐患限制了锂离子电池的进一步发展。[8], [9] 因此，迫切需要探索结合高性能、高安全性和低成本的替代储能系统。
可充电镁电池（RMBs）因其潜在的优势（如体积能量密度、成本和安全性）而被认为是最有前景的储能系统之一。[10], [11], [12] 具体来说，镁阳极具有较低的电极电位（相对于标准氢电极为-2.37 V）和较高的体积容量（3833 mAh cm?3），为实现高能量密度奠定了坚实的基础。[13], [14], [15], [16], [17] 此外，镁在地壳中储量丰富，具有显著的成本优势。[18] 值得注意的是，在正常条件下，镁阳极不易形成枝晶，大大提高了电池的安全性。[19], [20] 然而，目前的RMBs阳极大多使用厚镁箔（≥50 μm），导致活性物质过多，限制了整个电池能量密度的提高。[21], [22], [23], [24] 这主要是由于在制备超薄镁箔时，传统轧制工艺存在薄化困难和边缘裂纹问题，从而导致制造过程复杂、产量低和生产成本高。[25], [26] 因此，有必要开发低成本的超薄镁箔制造技术。
最近，电沉积被提出作为一种制备超薄镁箔的有效方法，采用这种方法制备的超薄镁箔作为RMBs阳极时也表现出优异的性能。[27] 电沉积参数（如电流密度、温度和电极间距）对成核-生长行为有重要影响，从而影响沉积层的最终结构和性能。这些参数通过改变阴极过电位、电解质传质速率和界面反应动力学，深刻地影响了沉积层的晶粒尺寸、纹理特性、密度和表面光滑度。[28], [29], [30] 其中，电流密度直接影响阴极极化程度，从而调节成核速率和生长速率之间的竞争关系，是决定晶粒细度的关键。[31], [32] 温度通过改变离子迁移率和去极化能力影响沉积层的晶体取向和形貌。[33], [34] 电极间距的变化主要影响离子迁移和扩散。[35], [36] 已有研究系统地探讨了电沉积参数对各种金属（如铜和锌）电沉积行为的影响。[37], [38], [39] 但关于电沉积参数对电沉积镁箔的微观结构和电化学性能的影响，仍缺乏深入和系统的讨论。
本文通过电沉积调控制备出了超薄且致密的镁箔，并系统地研究了电沉积参数（尤其是电流密度和温度）对电沉积镁箔的微观结构和电化学性能的影响。随着电流密度的增加，成核过电位增大；随着温度的升高，成核过电位减小。较高的成核过电位有利于均匀成核，从而形成更加均匀和致密的镁沉积层，但电流密度过高会导致生长不均匀。在优化条件下（电流密度10 mA cm?2，温度25 °C），成功制备出表面光滑、颗粒细腻且致密的镁箔，这种优化的镁箔作为RMBs阳极也表现出更优异的电化学性能。基于这种优化镁箔的对称电池在3 mA cm?2和3 mAh cm?2的条件下（镁利用率50%）实现了稳定的1190小时循环。本研究系统地揭示了关键电沉积参数对电沉积镁箔结构和性能的影响及其机制，为高性能超薄镁箔的电沉积制备提供了理论指导。
章节摘录
超薄镁箔的制备
超薄镁箔通过电沉积法制备。首先，将镁箔和钼箔（厚度0.1 mm）抛光、超声清洗并切割成1.5 cm × 1 cm的片材。电沉积过程在电解池中进行（除非另有说明，电极间距为5 mm），使用0.4 M APC（PhMgCl-AlCl3/tetrahydrofuran）电解质，抛光后的镁箔作为对电极，抛光后的钼箔作为工作电极。
结果与讨论
首先，研究了电沉积电流密度对电沉积镁箔微观结构的影响。分别以1、2、5、10、20和30 mA cm?2的电流密度制备的电沉积镁箔分别称为ED-Mg 1 mA cm?2、ED-Mg 2 mA cm?2、ED-Mg 5 mA cm?2、ED-Mg 10 mA cm?2、ED-Mg 20 mA cm?2和ED-Mg 30 mA cm?2。不同电流密度下制备的超薄镁箔的SEM图像（图1a-f）显示，沉积形态显著受到...
结论
在这项工作中，通过电沉积调控制备出了超薄且致密的镁箔，其颗粒非常细腻。增加电流密度可以提高成核过电位，促进均匀成核，有利于形成细密且致密的沉积层。然而，电流密度过高会导致生长不均匀和枝晶形成。提高温度可以降低成核过电位，加快离子扩散，从而...
CRediT作者贡献声明
刘灿：撰写——原始草稿、可视化、验证、数据分析。张书童：撰写——审阅与编辑、数据分析。焦佩媛：撰写——审阅与编辑、数据分析。熊芳宇：撰写——审阅与编辑、可视化、监督、资金筹集、概念构思。文天：撰写——审阅与编辑、监督。宋阳：撰写——审阅与编辑、可视化、监督、数据分析。王东：撰写——...
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：U23A20555）和 CAST第十届青年精英科学家资助计划的支持。
刘灿|张书童|焦佩媛|熊芳宇|文天|宋阳|王东|岳继丽|黄光胜
