由于鋁負(fù)極儲(chǔ)量豐富、成本低和容量大，可充電鋁離子電池（AIB）有望用于大規(guī)模儲(chǔ)能。然而，目前AIBs的發(fā)展受到使用AlCl₃/1-乙基-3-甲基咪唑氯化物電解液的阻礙，該電解液價(jià)格昂貴、腐蝕性強(qiáng)且對(duì)空氣極其敏感。

在此，武漢大學(xué)肖巍教授、上海交通大學(xué)付超鵬研究員等人報(bào)道了一種由水合高氯酸鋁（Al(ClO₄)₃·9H₂O）和丁二腈（SN）組成的新型水合共晶電解質(zhì) (HEE)，用于低成本、無腐蝕性和空氣穩(wěn)定的AIB。研究發(fā)現(xiàn)，Al(ClO₄)₃·9H₂O中的結(jié)晶水對(duì)HEEs的形成起著至關(guān)重要的作用。在Al(ClO₄)₃·9H₂O/Sn HEE（ASHEE）中，部分被Sn配體取代形成[Al(H₂O)_6-x(SN)_x]³⁺配合物。

各種表征和DFT計(jì)算表明SN和H₂O分子都與ASHEE中的Al³⁺配位，且ASHEE中的結(jié)晶水在Al沉積之前有效地抑制了水分解，優(yōu)化比例為1:12的ASHEE顯示平均配位數(shù)約為5。

圖1. ASHEE的制備及物理特性

作為概念證明，在該電解液中，帶有自摻雜聚苯胺（SPANI）正極及Al箔作為負(fù)極的AIB在300 次循環(huán)中提供了185 mAh g^-1的高放電容量。

通過實(shí)驗(yàn)和理論研究了ASHEE中的充電/放電機(jī)制，結(jié)果表明，充放電過程遵循Al³⁺的嵌入/脫嵌，實(shí)現(xiàn)三電子轉(zhuǎn)移。此外，由于ASHEE不易燃、空氣穩(wěn)定且無腐蝕性，構(gòu)建的AIB在實(shí)際應(yīng)用中還表現(xiàn)出高安全性和良好的空氣耐受性。

圖2. 基于ASHEE的AIB的電化學(xué)性能

A Low-cost and Air-Stable Rechargeable Aluminum-Ion Battery, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202106511