镁金属电池凭借负极材料的高理论容量（3833 mAh cm⁻³）、资源丰度及本征抗枝晶特性，被视为下一代储能技术的潜力候选之一。然而，高电荷密度的二价镁离子（Mg²⁺），易与宿主结构产生较强的相互作用并且与电解液配体形成强溶剂化效应，这导致电极和电解液体相以及二者固液界面处的Mg²⁺传输动力学缓慢。尽管相关研究通过电极界面工程实现了镁负极的可逆剥离/沉积，但缺乏高能量密度和高容量的正极材料仍然阻碍了镁金属电池的发展。

近日，中国科学院上海硅酸盐研究所李驰麟研究员带领的科研团队设计出一种阴离子受体介导的全苯基络合物（APC）电解液，实现氟化物正极在镁金属电池中的高效激活，进而开发出一种新型Mg-FeO_0.7F_1.3电池原型。三（五氟苯基）硼烷（TPFPB）阴离子受体通过与氯离子/溶剂分子之间的偶极-离子/偶极相互作用，调控了APC电解液的化学组成和溶剂化结构。具有缺电子硼中心的TPFPB分子与氯基离子以及具有富电子醚氧基团的四氢呋喃（THF）溶剂之间存在静电相互作用。这种静电相互作用使Mg₂Cl₃离子发生明显的结构形变，这表明TPFPB的引入不利于Mg₂Cl₃离子在APC溶液中的稳定存在。作为引起氧化腐蚀的主要物质，[Mg₂Cl₃·6THF]⁺浓度的降低有望减轻APC类型电解液对金属集流体的腐蚀性。TPFPB添加剂的引入使电解液在钼（Mo）工作电极表面发生氧化分解的起始电位从~2.53 V提高至~3.06 V。将TPFPB引入LiCl-APC电解液中，有利于形成配位更加松散的弱溶剂化结构，从动力学上促进双阳离子（Li⁺和Mg²⁺）的去溶剂化过程，加速电极-电解液界面处的电荷转移反应。该电解液缓解了由氯离子引发的氧化腐蚀问题，并提高了阳离子的去溶剂化动力学。

得益于界面电化学行为的改善，由双阳离子共驱动的转换反应型Mg-FeO_0.7F_1.3电池在宽温域范围内表现出高可逆容量，在25 °C和−20 °C温度下的可逆容量分别为354 和177 mAh g⁻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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