進入21世紀(jì)以來，人們對于可持續(xù)性儲能電池的需求日益增長，對電池能量密度和安全性能提出了越來越高的要求。在眾多金屬負(fù)極二次電池中（鋰、鈉、鉀、鎂、鈣、鋅等），鎂負(fù)極擁有不易長枝晶、高體積比容量（3833 mAh cm-3）、高儲量（地殼豐度2.3%）、低成本和高安全等諸多優(yōu)勢。因此，可充鎂金屬電池是一種極具開發(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，對于可充鎂金屬電池的實用化進程至關(guān)重要。
近來，青島科技大學(xué)化學(xué)院副教授周新紅團隊在鎂金屬負(fù)極表面成功設(shè)計并構(gòu)筑了一種鉍基人工界面保護層，該保護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，證明了該保護層的實用化價值。
除了上述最新成果，近年來，周新紅團隊及其合作者們在高性能及高安全的可充鎂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)體系開發(fā)和鎂金屬負(fù)極界面改性兩大方向都取得了重要的階段性進展，得到了國際同行的高度認(rèn)可。
在新型鎂電解質(zhì)體系方面：周新紅團隊及其合作者創(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，基于團隊自己開發(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，實現(xiàn)了高倍率、長循環(huán)的優(yōu)異電池性能。此外，研究人員通過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，周新紅團隊首次發(fā)現(xiàn)一種純鋰鹽電解液體系能直接用作導(dǎo)鎂電解液，并首次證實了，在電化學(xué)循環(huán)過程中，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，通過陰離子-溶劑配位作用來調(diào)控分子軌道能級，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家自然科學(xué)面上基金和青島儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院的重點基金的大力支持。