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進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，人們對(duì)于可持續(xù)性?xún)?chǔ)能電池的需求日益增長(zhǎng)，對(duì)電池能量密度和安全性能提出了越來(lái)越高的要求。在眾多金屬負(fù)極二次電池中（鋰、鈉、鉀、鎂、鈣、鋅等），鎂負(fù)極擁有不易長(zhǎng)枝晶、高體積比容量（3833 mAh cm-3）、高儲(chǔ)量（地殼豐度2.3%）、低成本和高安全等諸多優(yōu)勢(shì)。因此，可充鎂金屬電池是一種極具開(kāi)發(fā)潛力的低成本、高性能的新型電池體系。然而，由于鎂金屬負(fù)極表面極易形成阻礙鎂離子傳導(dǎo)的界面鈍化層，所以開(kāi)發(fā)與鎂金屬負(fù)極兼容的新型電解液體系，以及精準(zhǔn)調(diào)控鎂金屬負(fù)極的界面相組成，對(duì)于可充鎂金屬電池的實(shí)用化進(jìn)程至關(guān)重要。
近來(lái)，青島科技大學(xué)化學(xué)院副教授周新紅團(tuán)隊(duì)在鎂金屬負(fù)極表面成功設(shè)計(jì)并構(gòu)筑了一種鉍基人工界面保護(hù)層，該保護(hù)層不僅有效抑制了常用鎂電解液體系在鎂金屬負(fù)極上有害的分解反應(yīng)，而且促進(jìn)了均勻的鎂沉積行為，抑制電池內(nèi)短路的發(fā)生。更為重要的是，改性后鎂金屬負(fù)極匹配各種轉(zhuǎn)化型正極后的全電池性能都表現(xiàn)優(yōu)異，證明了該保護(hù)層的實(shí)用化價(jià)值。
除了上述最新成果，近年來(lái)，周新紅團(tuán)隊(duì)及其合作者們?cè)诟咝阅芗案甙踩目沙滏V電池研究方向上做了大量系統(tǒng)深入的前瞻性研究，尤其在新型鎂電解質(zhì)體系開(kāi)發(fā)和鎂金屬負(fù)極界面改性?xún)纱蠓较蚨既〉昧酥匾碾A段性進(jìn)展，得到了國(guó)際同行的高度認(rèn)可。
在新型鎂電解質(zhì)體系方面：周新紅團(tuán)隊(duì)及其合作者創(chuàng)新性地提出了硼基大陰離子鎂鹽的設(shè)計(jì)理念，并以此為指導(dǎo)，合成得到一系列具有高離子電導(dǎo)率、非親核性和寬電化學(xué)窗口等優(yōu)異性能的鎂電解液體系。同時(shí)，基于團(tuán)隊(duì)自己開(kāi)發(fā)的硼基鎂電解液，構(gòu)建了高能量密度的鎂-硫、鎂-硒電池體系，實(shí)現(xiàn)了高倍率、長(zhǎng)循環(huán)的優(yōu)異電池性能。此外，研究人員通過(guò)硼氫化鎂與聚四氫呋喃端羥基的原位交聯(lián)反應(yīng)，在玻璃纖維骨架上構(gòu)建了一種能夠可逆地沉積溶解鎂的凝膠聚合物電解質(zhì)體系。該凝膠電解質(zhì)不僅能在寬溫區(qū)（-20℃~60℃）內(nèi)正常工作，并且展現(xiàn)出優(yōu)異的安全性能。
在鎂金屬負(fù)極界面研究方面，周新紅團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)一種純鋰鹽電解液體系能直接用作導(dǎo)鎂電解液，并首次證實(shí)了，在電化學(xué)循環(huán)過(guò)程中，伴隨著部分鋰鹽的分解，鎂金屬負(fù)極表面原位形成了穩(wěn)定的導(dǎo)鎂固體電解質(zhì)界面相，引起研究人員們的廣泛關(guān)注。另外，基于鋁中心陰離子鎂鹽設(shè)計(jì)，通過(guò)陰離子-溶劑配位作用來(lái)調(diào)控分子軌道能級(jí)，成功構(gòu)建了穩(wěn)定的導(dǎo)鎂固體電解質(zhì)界面相，極大地提高了電池的可逆性以及長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性。
雖然可充鎂電池體系的研究尚處于應(yīng)用基礎(chǔ)階段，但周新紅在該方向上的深入工作為未來(lái)低成本電池體系的發(fā)展提供了新思路和新方向。上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)面上基金和青島儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院的重點(diǎn)基金的大力支持。