近日，实验室彭秋明教授团队在孪晶镁金属电极研究领域取得重要进展。该团队创新性地借助循环-多向变形策略制备出高孪晶含量的镁金属负极，系统阐明了孪晶结构促进镁离子传输、抑制界面副反应并实现可逆镁金属电沉积的微观机制，为高性能可充电镁金属电池电极材料设计提供了新思路。相关成果以“Twinned-magnesium metal negative electrodes enable reversible magnesium electrodeposition”为题，于2026年9月4日在线发表于《Nature Communications》。
镁金属虽具有高体积容量和良好安全性，但电化学循环中副反应、离子传输迟缓和界面钝化等问题导致沉积/剥离可逆性差，严重制约镁电池发展。现有人工界面层或三维结构策略仍面临界面稳定性差、离子传输效率低及高容量长循环性能差等瓶颈，因此亟须从镁自身晶体结构出发调控其本征电化学行为。基于镁滑移系少、易产生形变孪晶的特点，团队采用循环-多向变形策略，无需复杂热处理即可构筑高密度孪晶镁负极。研究发现，孪晶结构显著改善镁离子传输动力学，降低达姆科勒数以摆脱扩散限制；同时，Marcus-Hush-Chidsey模型分析表明孪晶可降低界面重组能，抑制副反应与钝化，从而实现稳定可逆的镁沉积。在非对称电池中，该负极于30 mA cm-2和2 mAh cm-2下循环2000次，库仑效率仍达99.53%。
此外，该研究证实，基于孪晶结构调控金属电极的策略具有良好的普适性，可进一步拓展至锌等其他金属体系，为改善金属沉积动力学、抑制界面副反应提供了新的材料设计理念。该工作有力地推动了亚稳金属材料微结构调控与先进储能技术的交叉融合，对发展高性能可充电金属电池具有重要的科学意义和应用价值。
图释：a 孪晶镁的EBSD取向图，b 孪晶镁的透射电镜图像，c 不同基底与镁之间的结合能，d ToF-SIMS中纯镁和孪晶镁上形成的界面组分表征，e 库仑效率性能比较图。
该研究获得教育部学科突破先导项目、国家自然科学基金、国家级高层次人才计划、河北省自然科学基金和河北省科技计划等项目资助。亚稳材料全国重点实验室邹国栋为论文第一作者，王金铭和彭秋明为通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-77543-8。
