MgCl2-AlCl3-EMImBF4/Organic Ether for Rechargeable Magnesium Battery Electrolytes

doi:10.7503/cjcu20240010

Abstract

Abstract:

Rechargeable magnesium batteries（RMBs） are considered to be one of the next most promising energy storage systems. The electrolyte has an important influence on the performance of RMBs. The RMBs electrolyte system of MACC-EMImBF₄/organic ether（MACCE） was prepared by the addition of 1-ethyl-3-methyl-1H-imidazol-3-ium tetrafluoroborate（EMImBF₄） into the magnesium aluminum chloride complex（MACC） electrolyte. The electrochemical performance and full cell performance of the MACCE electrolyte were tested by cyclic voltammetry（CV）， linear scanning voltammetry（LSV）， electrochemical impedance spectroscopy（EIS）， and galvanostatic charge- discharge curves（GCD）. The surface of the electrodes with MACCE electrolyte after circulation was analyzed by field emission scanning electron microscopy（FESEM）， X-ray powder diffractometry（XRD） and X-ray photoelectron spectroscopy（XPS）. The results show that the addition of EMImBF₄ can effectively improve the electrolyte performance， and the optimum molar ratios of MgCl₂-AlCl₃ to EMImBF₄ is 5∶1. MACCE electrolyte has superior electrochemical performances with a high ionic conductivity（ca. 3.94 mS/cm）， a low overpotential（ca. 59 mV）， a high Coulombic efficiency（more than 97.5%）， a high anodic stability［ca. 2.8 V（vs. Mg/Mg²⁺）］， and a long-term（more than 500 h） cycling stability. The analysis results demonstrate that a nanoparticles layer can be formed on the surface of Mg anode during cycling， which is helpful to improve the cycling stability. Moreover， MACCE displays good compatibility with the Mo₆S₈ cathode material. The Mo₆S₈|MACCE|Mg full cell delivers a discharge specific capacity of 64.4 mA∙h/g（12.88 mA/g， 0.1C）， which can retain ca. 73.2% even after 100 cycles. MACCE electrolyte is simple to be prepared， low cost， and can be applied to RMBs， which is of great significance to accelerate the commercial application of RMBs.

Key words: Rechargeable magnesium battery, Magnesium aluminum chloride complex（MACC） electrolyte, 1-Ethyl- 3-methyl-1H-imidazol-3-ium tetrafluoroborate, Electrochemical performance, Compatibility

CLC Number:

O646

TrendMD:

WEN Jiaxin, YE Junliu, WEI Xin, YANG Jingdong, YIN Xuejiao, LI Lingjie. MgCl₂-AlCl₃-EMImBF₄/Organic Ether for Rechargeable Magnesium Battery Electrolytes[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(5): 20240010.

Figures/Tables 6

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