近年来，锂离子电池已广泛应用于消费类电子设备、新能源汽车及储能等领域。然而，由于锂资源储量有限且分布不均，难以满足未来社会对大规模储能的低成本要求。镁离子电池由于具有高容量、储量丰富等优势，在大规模储能领域具有良好的应用前景。然而，金属镁负极在有机电解液中易发生钝化，导致镁离子不能可逆沉积/溶解，此外尚缺乏可逆脱嵌镁离子的正极材料，使得镁电的发展受到制约。与传统的无机电极材料相比，有机电极材料由于其官能团与离子之间的温和氧化还原反应，表现出极具潜力的储镁能力。同时，如能结合双离子电池的工作机制，利用阴离子插层石墨正极的高反应电位（>4.5V vs Li+/Li）和快速的阴离子扩散动力学，将极大提高镁离子电池的工作电压及电化学性能。

图（a）PTCDI有机负极的嵌镁/脱镁机理图。（b）基于PTCDI负极和EG正极的Mg-DIB在5C下的长循环性能图

鉴于此，唐永炳研究员及其团队成员雷新、张帆、郑勇平等人研发出了一种新型的镁基双离子电池（Mg-DIB），采用3,4,9,10-苝四羧酸二酰亚胺（PTCDI）小分子有机材料作为负极，膨胀石墨（EG）作为正极，含有镁盐的离子液体作为电解液。结果表明，Mg-DIB具有优异的倍率性能和循环性能，20C的高倍率充放电容量保持率为85%，在5C倍率下循环500次后的容量保持率为95.7％。通过原位FTIR等表征测试及理论计算分析表明，PTCDI储镁机制主要源于其三重配位机理以及嵌镁过程中氢键的形成，并且这种有机小分子具有良好的不溶性和结构稳定性，从而显著提高Mg-DIB的循环稳定性。该工作为发展新型镁离子电池电极材料及器件提供了新的思路。

该项研究得到了国家自然科学基金、广东省科技计划项目、深圳市科技计划项目等项目的资助。