近年來，鋰離子電池已廣泛應用于消費類電子設備、新能源汽車及儲能等領域。然而，由于鋰資源儲量有限且分布不均，難以滿足未來社會對大規(guī)模儲能的低成本要求。鎂離子電池由于具有高容量、儲量豐富等優(yōu)勢，在大規(guī)模儲能領域具有良好的應用前景。然而，金屬鎂負極在有機電解液中易發(fā)生鈍化，導致鎂離子不能可逆沉積/溶解，此外尚缺乏可逆脫嵌鎂離子的正極材料，使得鎂電的發(fā)展受到制約。與傳統(tǒng)的無機電極材料相比，有機電極材料由于其官能團與離子之間的溫和氧化還原反應，表現出極具潛力的儲鎂能力。同時，如能結合雙離子電池的工作機制，利用陰離子插層石墨正極的高反應電位（>4.5V vs Li+/Li）和快速的陰離子擴散動力學，將極大提高鎂離子電池的工作電壓及電化學性能。

圖（a）PTCDI有機負極的嵌鎂/脫鎂機理圖。（b）基于PTCDI負極和EG正極的Mg-DIB在5C下的長循環(huán)性能圖

鑒于此，唐永炳研究員及其團隊成員雷新、張帆、鄭勇平等人研發(fā)出了一種新型的鎂基雙離子電池（Mg-DIB），采用3,4,9,10-苝四羧酸二酰亞胺（PTCDI）小分子有機材料作為負極，膨脹石墨（EG）作為正極，含有鎂鹽的離子液體作為電解液。結果表明，Mg-DIB具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能，20C的高倍率充放電容量保持率為85%，在5C倍率下循環(huán)500次后的容量保持率為95.7％。通過原位FTIR等表征測試及理論計算分析表明，PTCDI儲鎂機制主要源于其三重配位機理以及嵌鎂過程中氫鍵的形成，并且這種有機小分子具有良好的不溶性和結構穩(wěn)定性，從而顯著提高Mg-DIB的循環(huán)穩(wěn)定性。該工作為發(fā)展新型鎂離子電池電極材料及器件提供了新的思路。

該項研究得到了國家自然科學基金、廣東省科技計劃項目、深圳市科技計劃項目等項目的資助。