广东工业大学《JACS》：一种全新的高性能水系可充电铝离子电池！

导读：本文提出以AlxMnO2为正极、Al-Zn合金为负极、Al(OTF)3为电解液组装成新一代可充电水系铝离子电池（AAIB），可有效抑制铝枝晶生长，提高电池的循环稳定性。这一研究为实际应用高性能、低成本AAIB的提供了机会。

  虽然水系铝离子电池成本低，安全性好，但铝负极与氢的副作用和钝化形成的氧化膜和正极容量有限尚未解决，导致AAIB能量密度和循环稳定性远远达不到实际应用标准，研究电化学性能较好AAIB该系统也成为其发展的关键。近日，广东工业大学瑞先宏教授及其合作团队提出了新的建议AAIBs该系统能有效抑制上述问题，大大提高电池的电化学性能。相关论文题为Architecting a Stable High-Energy Aqueous Al-Ion Battery” 在Journal of the American Chemical Society上发表。

  论文链接：

      >pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c05054

  铝离子电池以其高丰度、低成本、高价格等优点，逐渐成为预计将取代锂离子电池的下一代储能设备的强大竞争对手。目前，性能良好的铝电池使用的离子液体电解质成本高，腐蚀性强，对水氧敏感，不适合实际生产，水电解质可以很好地避免这些问题。AAIB目前，该系统还有许多问题需要解决。当使用水电解质时，铝负极会受到钝化膜、副反应和枝晶的影响，如TiO2虽然负极相对稳定，但电极的容量太低，与人们的期望相去甚远。

  本文作者利用上述问题MnO原位反应成AlxMnO2作为正极，提出通过简单的电镀制备Al-Zn合金作为AAIB负极材料。这种方法只是Zn箔是简单的电镀和电镀制成的Al负极中Zn添加元素可以有效抑制钝化和自放电反应，大大提高库伦效率（抑制与氢的副反应）。Al3 较Zn2 电位较低，在充放电过程中Al3 会形成正电荷静电 盾，抑制金属枝晶的生长。各种优点也体现在电化学:制备的AAIB高达放电电压1.6V，并在100 mA h g-1电流密度循环80圈后，比容量达到前所未有的460 mA h g-1，放电电压比容量和最高容量是迄今为止报告的AAIB电池。

  综上所述，作者使用AlxMnO2为正极、Al-Zn合金为负极，2 M Al(OTF)3开发一种全新的电解液AAIB系统。合金负极显示超过1500 h的使用寿命。而所组装的全电池更是表现出了合适的放电电压、良好的循环稳定性和倍率性能。该研究工作是研发具有令人满意的电化学性能的AAIB为其未来的商业应用开辟了良好的前景。(文章:Today）

  图1 (a) 不同锰氧化物的还原AlxMnO2理论容量；(b) MnO和AlxMnO2的XRD图；(c)-(f) MnO和AlxMnO2的HRTEM图；(g) AlxMnO2的STEM图及相应元素映射图；(h) MnO和AlxMnO2的EXAFS光谱图；(i) MnO向AlxMnO2转换结构示意图。

  图2 (a)-(c) 锌箔和Al-Zn合金的SEM图；(d)-(i) Al-Zn合金的XRD图，高能同步加速器XRD图、XPS光谱图XANES光谱图和EXAFS光谱图。

  图3 负极电化学性能结果及反应机理示意图。

  图4 组装AAIB全电池电化学性能结果。

  图5 (a) 充放电后AlxMnO2的XANES光谱图；(b) AlxMnO2非原位正极在第一次循环中XRD图；(c) AAIB全电池的CV曲线图；(d)-(e) 循环后Al-Zn负极的EXAFS光谱图和SEM图。

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