【研究背景】
当今，锂离子电池在便携式电子设备、交通运输、环境保护及航空航天等领域得到极其广泛的运用，随着社会经济的日益发展，锂元素的有限储备与人们对锂离子电池的深入开发的需求之间的矛盾日益激烈，极大地限制了锂离子电池的发展；为满足今后大型动力电源和大规模储能系统的发展，寻求新型的能源与储能系统成为人们在储能领域中的研究热点。可充式镁离子电池在能源存储与转化领域中得到了越来越多的关注，镁元素地壳储备丰富、体积能量密度高、易处理加工、安全性高等特点，使得镁电池具有非常大的发展潜力。
与此同时，镁离子较高的核电荷数与离子半径的比值导致其具有较强的极化作用，与正极材料中离子的静电作用及主体材料中阳离子再分配会阻碍镁离子在正极材料中的可逆传输，因此探索具有可逆储镁的正极材料是镁电池发展的关键因素之一。转化机理型正极材料备受人们的关注，受到Li-S、Li-Se电池的启发，S、Se也被应用于开发高性能镁电池中，并取得了一定的进展，但其循环稳定性和倍率性能依然较差。
而同为硫族元素的碲元素拥有较高的电子电导率有利于高倍率下电子的传输，与此同时，碲元素密度较大，具有较高的体积能量密度，且循环过程中的体积膨胀也较小，基于以上特点崔光磊研究员团队提出以碲作为镁电池正极材料。
【拟解决的关键问题】
1. 镁电池循环及倍率性能较差的问题
2. 碲作为镁电池正极材料的储镁机理
【研究思路剖析】
1. 采用电导率更高、密度更大的碲元素作为镁电池正极材料。
2. 采用非原位XRD、XPS及理论计算的方法分析碲元素可逆储镁的机理。
【图文简介】
图1. 以铜箔为集流体的Mg-Te电池电化学性能
要点1. 以铜箔为集流体的Mg-Te电池表现出优异的循环稳定性，在100mAg-1电流密度下，400圈后仍有178.5mAg-1的可逆比容量；与此同时也表现出高倍率性能，在3750mAg-1的电流密度下仍然有118.8mAhg-1的可逆比容量，且极化较小，是截至目前所有文献报道中，倍率性能最高的材料。
图2. 电池首圈充放电非原位XRD（a、b）和循环稳定后一圈充放电非原位XRD（c、d）
要点2. 中间相Cu2Te在可逆储镁过程中起到了至关重要的作用，首圈放电至0.93V时，生成了Cu2Te相。在循环稳定后，Mg、Te、Cu三种元素之间相互作用，实现镁在正极材料中的可逆存储。
图3. 首圈循环中Te、Mg非原位XPS（a、b）；循环稳定后Mg非原位XPS（c）
要点3. 非原位XPS同样证明了Mg/Mg2+及Te2-/Te电对通过中间相Cu2Te实现了可逆转化。
图4 Mg2+在Cu2Te、Cu2Se、Cu2S中的扩散路径（a、b、c）和扩散能垒（d、e、f）
要点4. DFT计算结果显示，与Cu2Se、Cu2S相比，Mg2+在Cu2Te中的扩散（α→β→γ）位垒最低，仅有0.49eV，从而导致Te-Cu正极体系具有高倍率性能。
【意义分析】
作者首次提出以铜箔为集流体，碲元素为活性物质作为镁电池正极材料。电池表现出较好的电化学性能，从而在一定程度上解决了镁电池倍率性能低的问题。通过非原位表征，分析了Te-Cu正极体系可逆储镁的原理，理论上揭示了材料的微观构象与宏观性质之间的必然联系。
