使用高容量镁金属作为负极材料的镁可充电电池 (MRB) 由于其能量密度、安全性和成本而成为下一代电池的有希望的候选者。然而，高性能正极材料的缺乏阻碍了它们的发展。
与其锂离子对应物一样，过渡金属氧化物是 MRB 中的主要阴极材料。然而，Mg 离子在氧化物内部的缓慢扩散造成了严重的问题。为了克服这个问题，一些研究人员探索了硫基材料。但是用于 MRB 的硫基正极具有严重的局限性：电子电导率低，Mg 在固体 Mg-S 化合物中的扩散缓慢，以及多硫化物在电解质中的溶解性，这导致低倍率性能和较差的循环性能。
现在，包括东北大学 Shimokawa 博士和 Ichitsubo 教授在内的一个研究小组开发出液体硫/硫化物复合阴极，可实现高倍率镁电池。他们的论文发表在Journal of Materials Chemistry A 上。
液态硫/硫化物复合材料可以通过在离子液体电解质中在 150 ℃下电化学氧化金属硫化物(如硫化铁)自发制备。该复合材料在容量、电位、循环性能和倍率性能方面表现出优异的性能。
基于活性硫的质量，研究人员在 1246 mA/g 的高电流密度下实现了 ~900 mAh/g 的放电容量。此外，他们揭示了通过利用快速充电过程形成的非平衡硫来提高放电电位。
这种材料允许在 150 下稳定的阴极性能超过 50 次循环。如此高的循环性可归因于以下几点：液态活性材料的高结构可逆性，多硫化物在离子液体电解质中的低溶解度，以及由于硫附着在导电硫化物颗粒上形成多孔复合材料合成过程中的形貌。
尽管研究人员取得了进展，但仍然存在一些问题。“我们需要与正极和负极材料兼容的电解质，因为这项工作中使用的离子液体会钝化镁金属负极，”Shimokawa 说。“在未来，重要的是开发新的电化学稳定电解质，使 MRB 更实用以广泛使用。”
尽管 MRB 仍处于开发阶段，但研究团队希望他们的工作提供一种新的方法来利用液态硫作为 MRB 的高倍率正极材料。“这将促进硫基材料的改进，以实现高性能的下一代电池，”Shimokawa 补充道。
