当前，布局和发展高密度电池储能技术是实现我国“碳中和”建设目标的重要内容之一。镁电池具有材料资源丰富、高体积比容量、镁负极均匀沉积以及多电子反应等优点，有望成为高比能、高安全的未来电池。自D. Aurbach等人首次报道基于金属硫化物/镁金属电极体系的高可逆可充电镁电池以来（Nature 2000, 407, 724），正极材料能量密度低成为镁电池的发展障碍，在镁电池中发展相关高性能正极材料具有重要的研究意义。

锰基、铁基电极材料资源丰富、比能量高，广泛应用于商用电池正极（如锰酸锂、磷酸铁锂），是二次电池正极材料的重要研究方向之一（团队相关工作：Adv. Mater. 2020, 32, 2001106; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 5902/2013, 52, 13621; Adv. Sci. 2019, 6, 1802130; ACS Energy Lett. 2017, 2, 2341）。黄铁矿（FeS₂）是分布最广、储量最大的天然硫化物矿，FeS₂与金属镁组合为镁电池Mg–FeS₂电极对时，其理论重量能量密度达851 Wh kg⁻¹，理论体积能量密度与高比能Li–S电池相当（2738 vs. 2800 Wh L^-1）。此外，该电极对完全放电后的理论体积变化仅为~2.5%，显著低于锂电池Li–FeS₂、Li–S、Li–FeF₃及Li–MnO₂等关键电极对的体积变化（18%-48%）。然而，已报道的微纳FeS₂电极材料电化学储镁活性差，几乎不能放电。针对该问题，在课题组先期硫化铜/镁电极体系的研究基础上（Adv. Mater. 2020, 32, 1905524），赵相玉研究员、沈晓冬教授与中国科学院物理研究所谷林研究员、张庆华副研究员合作，通过铜集流体原位引入铜纳米线导电网络和非腐蚀性氟化硼基镁离子电解液构筑稳定电极/电解液界面，实现了镁电池FeS₂正极材料基于四电子转换反应的高比容量/比能量（679 mAh g⁻¹/714 Wh kg⁻¹）和长循环稳定的（1000圈没有明显衰减）储镁性能。在构建镁电池的多电子、高比能、高丰度金属硫化物/镁电极体系方面取得突破，为发展镁电池规模化高密度电化学储能奠定了科学基础。

相关成果以题为“A Pyrite Iron Disulfide Cathode with a Copper Current Collector for High-Energy Reversible Magnesium-Ion Storage”发表在Advanced Materials期刊上（论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202103881）。博士生沈寅麟和张庆华副研究员为共同第一作者。