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鋁基電池由于比容量高、安全性好、成本低、重量輕和鋁儲(chǔ)量豐富，被認(rèn)為是當(dāng)前鋰離子電池的最有前途的替代品之一。然而，一次/二次鋁電池的負(fù)極問題，如自腐蝕、鈍化膜和體積膨脹嚴(yán)重限制了電池的實(shí)際性能，從而阻礙了其商業(yè)化。

在此，武漢大學(xué)肖巍教授及上海交通大學(xué)董安平研究員、付超鵬研究員等人概述了目前一次和可充電鋁基電池系統(tǒng)中鋁負(fù)極的最新研究進(jìn)展。對于一次電池，鋁負(fù)極設(shè)計(jì)決定了整個(gè)電池的實(shí)際能量密度。控制晶粒尺寸和結(jié)晶度、合金化和表面改性等策略可以減少自腐蝕。

此外，抑制靜態(tài)鋁負(fù)極的自腐蝕對于商業(yè)化至關(guān)重要。對于可充電（二次）鋁電池，鋁負(fù)極和電解液之間適當(dāng)?shù)慕缑嬖O(shè)計(jì)是提高電池性能的關(guān)鍵，可以開發(fā)合適的電解液來替代腐蝕性和空氣敏感的氯鋁酸鹽離子液體。此外，可以通過各種結(jié)構(gòu)規(guī)則和策略，包括鋁負(fù)極的合金化、晶粒尺寸/晶體取向、孔隙率和尺寸工程進(jìn)行界面改性以提高負(fù)極性能。

圖1. 不同類型的鋁電池方案

目前，鋁基電池正在進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代，在能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換方面有著廣闊的前景。由于鋁電池仍處于早期階段，仍需要更多的基礎(chǔ)研究來進(jìn)一步了解 Al³⁺與晶格/溶劑之間的充電/放電機(jī)制，以克服當(dāng)前的挑戰(zhàn)。

此外，一些相對成熟的鋁電池的商業(yè)化也有望投入額外的工程化應(yīng)用。在不久的將來，日常生活中確實(shí)有可能使用低成本和高性能的鋁電池。

圖2. 鋁電池負(fù)極的挑戰(zhàn)與策略

Challenges and Strategies of Low-Cost Aluminum Anodes for High-Performance Al-Based Batteries, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202102026

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肖巍/董安平/付超鵬AM：高性能鋁基電池鋁負(fù)極的挑戰(zhàn)與策略

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