中国科学院开发出基于阴离子受体化学的高性能镁-氟化物电池原型

中国科学院上海硅酸盐研究所李驰麟研究员团队在镁金属电池领域取得重要进展，开发出一种基于阴离子受体化学的高性能镁-氟化物电池原型。该团队通过引入阴离子受体三(五氟苯基)硼烷（TPFPB），调控了氯化物基电解液的溶剂化结构，有效解决了镁金属电池中常见的界面问题，从而实现了高能量密度和长循环寿命的镁-氟化物电池。

研究人员采用金红石型氟氧化铁（FeO_0.7F_1.3）作为正极材料，镁金属作为负极，构建了Mg-FeO_0.7F_1.3电池体系。实验结果表明，该电池在0.1 A g⁻¹的电流密度下可提供高达485 mAh g⁻¹的放电容量，对应的能量密度为1257 Wh kg⁻¹。当输出的功率密度为137和 1257 W kg⁻¹时，基于正极活性物质的能量密度分别可达到485和267 Wh kg⁻¹。此外，通过调整充放电电压范围将氟化物正极控制在嵌入反应阶段时，Mg-FeO_0.7F_1.3电池可以实现超过500 圈的稳定循环，且平均每圈的容量衰减率仅为0.054%。该体系在常规LiCl-APC电解液体系中存在明显的过充行为，库仑效率低且容量衰减迅速。相比之下，使用具有更宽电化学窗口的LiCl-APC-TPFPB电解液，Mg||FeO_0.7F_1.3电池能够实现高度可逆的充放电反应，库仑效率（CE）可高达约97%，平均容量衰减率仅为0.54%（对比体系为1.03%）。这项工作拓宽了镁金属电池正极材料的选择范围，并为开发高能量密度、高安全性和低成本的储能技术提供了一条有前景的途径。此外，该工作所提出的阴离子受体化学为氯化物基电解液在高压应用中的界面问题提供了一种有效的解决方案。

相关成果以“Exploiting a high-performance magnesium-fluoride battery prototype enabled by anion-receptor-mediated electrolyte”为题发表于国际刊物Nature communications 17, 2143, 2026。上述工作第一作者为上海硅酸盐所陈克艺副研究员，通讯作者为上海硅酸盐所李驰麟研究员，相关研究工作得到了国家自然科学基金和上海市科委等项目的资助和支持。

【文章链接】

https://www.nature.com/articles/s41467-026-68903-5

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