AMR Account｜新加坡科技研究局Seh Zhi Wei教授团队：高性能镁离子电池过渡金属硫化物正极材料的设计

近日，新加坡科技局Seh Zhi Wei教授团队的AMR述评文章“The Design of Transition Metal Sulfide Cathodes for High-Performance Magnesium-Ion Batteries” 在线发表。Seh Zhi Wei 教授等人基于最近镁离子电池正极材料的发展和课题组自身的研究，对镁离子正极材料的设计进行了充分地概况，以及对未来镁离子电池正极的进一步发展提出了展望。

关键词：过渡金属硫化物，纳米结构，理论计算，镁离子电池

01 文章内容简介

随着锂离子电池的广泛应用，其安全问题也引起了越来越多的关注。镁离子电池由于具有高体积能量密度、高安全性和环境友好等优点，是富有前景的储能器件。然而, 相较于锂离子电池，镁离子电池由于高的电荷密度导致其在电化学反应过程中动力学迟缓。对此，过渡金属硫化物由于具有理论容量而被作为一种很重要的正极材料被科研工作者们大量研究，特别是硫有很低的电荷密度可以有效地削弱正极材料与镁离子之间的静电作用。然而，这种材料也存在体积变化大、电导率低、和充放电过程中的副反应等缺点，限制了镁离子电池进一步地发展。为了抑制以上过渡金属硫化物在电化学反应过程中表现的不足，在这篇述评中，我们总结了纳米材料的合成方法，纳米材料内部电子结构的改性，以及如何运用先进的表征手段对电化学反应过程中过渡金属硫化物进行分析。从而，我们可以有的放矢地对过渡金属硫化物进行结构方面的改性工作，进一步地提升电化学的储镁性能。

此外，我们还对未来过渡金属硫化物正极材料的发展进行了展望，以及对其目前发展过程中存在的潜在挑战进行了总结。例如，未来镁离子电池正极材料的开发时间将会在机器学习的帮助得到大大缩短。当然, 实时观察镁离子电池正极材料的形貌和结构的变化，以及探究正极材料和电解液之间能否形成稳定的界面仍然是目前非常具有挑战性的工作。希望这篇述评能够为未来镁离子电池正极材料的发展提供一定的指导。

02 AMR：您对该领域的发展有何愿景？

作者团队：

在未来的岁月里，希望新能源领域能够吸引越来越多的优秀人才投身于绿色能源的发展过程中，彻底取代传统化石能源在生活中的应用。以及制备能够匹敌化石能源的高能量密度的新能源储能器件。

03 AMR：请问您选择该领域的初心是？

作者团队：

化石能源的使用是气候挑战的核心，也是解决问题的关键。覆盖地球的温室气体中，有很大一部分是通过化石能源的燃烧生产产生的，占全球温室气体排放量的75%以上。这些促使我们去开发绿色环保的储能体系，例如镁离子电池。然而，镁离子电池的发展又受限于正极材料。对此，我们希望开发出高容量，高续航的镁离子电池的正极材料，以满足电子设备对其能量密度的需求。

作者团队简介

Seh Zhi Wei，高级首席研究员II

新加坡科技研究局

Seh Zhi Wei教授，英国皇家化学会会士,  分别在康奈尔大学和斯坦福大学获得材料科学与工程的学士和博士学位。作为Web of Science上的高被引研究人员，他因设计了第一个锂硫电池的蛋黄壳纳米结构而被广泛认可，且该技术已被授权。在许多Science, Science Advances, Nature Energy, Nature Materials, Nature Reviews Materials, Nature Catalysis, Nature Machine Intelligence, Nature Synthesis, Nature Communications等顶级期刊发表100余篇论文，获得了36500多次引用。获得了包括高被引研究者、世界前2%科学家、中央研究基金奖、Vebleo研究员奖、新加坡十大杰出青年、JMCA新锐科学家、新加坡NRF奖学金、亚洲35岁以下创新者、MRS等奖项。

王建标，研究员

新加坡科技研究局

王建标博士，2021年博士毕业于福州大学，2019.9-2021.10 日本国立长崎大学特任研究员，Rare Metals, Energy Enevironmental Materials 青年编委。目前从事锂，钠，镁离子电池电极材料的开发以及电解液的优化工作。以第一/通讯作者在Matter, Nano Energy, Nano Lett., Chem. Eng. J等期刊发表论文18篇。

扫码阅读Seh Zhi Wei教授团队的精彩Account文章：

The Design of Transition Metal Sulfide Cathodes for High-Performance Magnesium-Ion Batteries

Jianbiao Wang and Zhi Wei Seh*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.4c00181

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