镁金属电池具备高体积比容量、高安全性、资源储量丰富等优势，是极具前景的下一代储能器件。而当前镁电池快充性能存在明显短板，根源在于Mg²⁺电荷密度高，易与电解液中的溶剂或阴离子形成强配位的溶剂化结构，镁离子脱溶剂化阻力大，界面电荷转移动力学缓慢。北京大学副教授、中国有色金属学会新能源材料发展工作委员会委员李琦团队提出了一种“偶极门控溶剂化”的电解液设计策略，结合人工智能聚类筛选开发得到了一种高偶极矩溶剂化体系，依靠电场–偶极相互作用来加速镁离子脱溶剂化，显著优化了界面反应动力学。该工作依托机器学习高通量筛选，得到了低成本、性能优异的THF-G4混合溶剂电解液，并通过区分弱配位切换分子与高溶解性螯合分子，构建出了电子区域分离的高偶极矩溶剂化鞘层，大幅弱化了Mg²⁺的配位束缚。该电解液在实现快速脱溶剂化过程的同时还可以诱导镁负极生成仅6.1nm的超薄、均匀SEI膜，实现镁金属的平整致密沉积；在1mA cm^-2的电流密度下对称电池可稳定运行2400h，极化过电位极低；Mg||Cu半电池库伦效率稳定在99.4%，且可稳定循环1100圈。Mg||Mo₆S₈纽扣电池在10C的高倍率下比容量仍可达75mAh g^-1，5C条件下可稳定循环1100圈；运用该电解液组装得到的16mAh镁软包电池可在4C倍率下稳定循环406圈；搭配转化式六方相硒正极的全电池在2C倍率下仍可保持300mAh g^-1的可逆容量。

本研究跳出了传统的静态溶剂化结构调控思路，从溶剂化结构极化与电场交互机制入手，建立了偶极调控多价离子输运动力学的全新准则。通过精准设计双组分溶剂实现了配位平衡优化，同步加快了脱溶剂化、改善了界面相容性、规整了金属沉积形貌，全面提升了电池的电化学性能，为高倍率多价金属电池的界面机理探究与电解液开发提供了全新的设计思路与理论依据。

该研究成果以“Dipole-Gated Solvation Strategy for High-Rate Mg-Metal Batteries”为题发表于《ACS Energy Letters》。本文通讯作者为北京大学李琦副教授，共同一作为博士研究生包奕江、朱杰、黎福、柴昱明。

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