Electrolyte Solutions for Rechargeable Magnesium Batteries Based on Organomagnesium Chloroaluminate Complexes

Abstract

Magnesium can be reversibly deposited from ethereal solutions of Grignard salts of the RMgX type <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ML1" overflow="scroll"> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:mo>R</mml:mo> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mi mathvariant="normal">alkyl</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> </mml:math> aryl groups, and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ML2" overflow="scroll"> <mml:mo>X</mml:mo> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mi mathvariant="normal">halides</mml:mi> <mml:mo>:</mml:mo> </mml:math> Cl, Br), and complexes of the <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ML3" overflow="scroll"> <mml:mi mathvariant="normal">Mg</mml:mi> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:msub> <mml:mo>AX</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mn>4</mml:mn> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mi>n</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mo>R</mml:mo> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>′</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:msubsup> <mml:mo>R</mml:mo> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>″</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>′</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:msub> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> type <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ML4" overflow="scroll"> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:mo>A</mml:mo> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mi mathvariant="normal">Al</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> </mml:math> B; <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ML5" overflow="scroll"> <mml:mo>X</mml:mo> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mi mathvariant="normal">Cl</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> </mml:math> Br; R, <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ML6" overflow="scroll"> <mml:msup> <mml:mo>R</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mo>′</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mi mathvariant="normal">alkyl</mml:mi> </mml:math> or aryl groups, and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ML7" overflow="scroll"> <mml:msup> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>′</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>″</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> <mml:mo>.</mml:mo> </mml:math> These complexes can be considered as interaction products between <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ML8" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mo>R</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mi mathvariant="normal">Mg</mml:mi> </mml:math> bases and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ML9" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mo>AX</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mi>n</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mo>R</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> Lewis acids. The use of such complexes in ether solvents enables us to obtain solutions of reasonable ionic conductivity and high anodic stability, which can be suitable for rechargeable Mg battery systems. In this paper we report on the study of variety of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ML10" overflow="scroll"> <mml:mi mathvariant="normal">Mg</mml:mi> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:msub> <mml:mo>AX</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mn>4</mml:mn> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mi>n</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mo>R</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> complexes, where <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline" id="ML11" overflow="scroll"> <mml:mo>A</mml:m