ИСТИНА

Перезаряжаемые Mg-O2 аккумуляторы являются многообещающей альтернативой развивающимся Li-O2 аккумуляторам, т.к. являются более безопасными, потенциально более дешёвыми из-за распространённости магния и сопоставимы с Li-O2 аккумуляторами по величине удельной гравиметрической энергоёмкости [1]. Однако, образование на положительном электроде непроводящих продуктов разряда (MgO, Mg(OH)2 и MgO2) существенно ограничивает ёмкость Mg-O2 аккумулятора и усложняет процесс его заряда. Необходимо также обеспечить протекание реакции восстановления кислорода без побочных процессов разложения электролита. В Li-O2 апротонном аккумуляторе повышение примесного содержания воды способствует подавлению процессов разложения электролита за счёт стабилизации и диспропорционирования LiO2 в растворе, что также приводит к увеличению размера частиц Li2O2 и, в конечном итоге, к повышению разрядной ёмкости [2]. Предполагая, что аналогичный эффект может иметь место и в системе Mg-O2, в настоящей работе мы исследовали изучение влияния примеси воды в электролите в диапазоне 100-15000 м.д. на разрядную ёмкость Mg-O2 аккумулятора, а также на состав и морфологию продуктов разряда. В работе использовали Mg-O2 ячейки с углеродным катодом, магниевым анодом и электролитом на основе диметилсульфоксида. Из-за большого разброса значений разрядной ёмкости Mg-O2 ячеек не удалось выявить влияние содержания примеси воды на разрядную ёмкость. При высоких содержаниях воды (8000 и 15000 м.д.) наблюдаются колебания напряжения на разрядной кривой, что может быть связано с динамическим изменением поверхности анода вследствие коррозии магния. В настоящей работе впервые был определён выход по току MgO2 в апротонном Mg-O2 аккумуляторе, полученная величина составляет 0.6%. Увеличение содержания примеси воды не привело к значимому увеличению выхода MgO2. При относительно невысоких содержаниях воды (100 – 1000 м.д.) продукты разряда образуют сплошной слой на поверхности электрода, при более высоких содержаниях воды (8000 и 15000 м.д.) образуются частицы размером около 300 нм, предположительно состоящие из Mg(OH)2, что подтверждается при помощи ИК-спектроскопии. Данные РСМА и ИК-спектроскопии продуктов разряда свидетельствуют о наличии продуктов разложения электролита среди продуктов разряда. При этом, ёмкость ячейки, разряженной в атмосфере аргона, пренебрежимо мала, а в трехэлектродной Mg-O2 ячейке потенциал положительного электрода на начальном участке разрядной кривой близок к потенциалу восстановления кислорода в апротонной среде относительно Li+/Li. Принимая также во внимания низкий выход MgO2, мы предполагаем, что разложение электролита происходит именно за счёт взаимодействия с кислородными интермедиатами в присутствии ионов магния. Увеличение содержания воды в электролите не приводит к подавлению процессов его разложения. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ 22-23-20089. 1. Zu C. X., Li H. Thermodynamic analysis on energy densities of batteries //Energy & Environmental Science. – 2011. – Т. 4. – №. 8. – С. 2614-2624. 2. Shen Z. Z. et al. In situ realization of water‐mediated interfacial processes at nanoscale in aprotic Li–O2 batteries //Advanced Energy Materials. – 2020. – Т. 10. – №. 46. – С. 2002339.