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?南洋理工顏清宇/西安工大陳建EnSM：層壓錫鋁負(fù)極實(shí)現(xiàn)實(shí)用水系鋁電池

水系鋁金屬電池（AAMBs）利用豐富的鋁及其高能量密度，已成為前景廣闊的儲(chǔ)能設(shè)備。然而，AAMBs面臨著一些挑戰(zhàn)，如充電期間鋁沉積不成功或負(fù)極可逆性差、鈍化層形成以及氫進(jìn)化反應(yīng)（HER）競(jìng)爭(zhēng)等。緩解這些問題的一個(gè)可行方法是引入外來金屬與鋁相互作用。

在此，南洋理工大學(xué)顏清宇，西安工業(yè)大學(xué)陳建等人選擇具有適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)還原電位(-0.13 V)、功函數(shù)(4.42 eV)以及與Al良好兼容性的Sn作為改性劑。首先在三電極測(cè)試后確定了在Sn基底上沉積Al的可行性，但容量較低。

為了進(jìn)一步增加Sn和Al之間的接觸界面，作者采用可擴(kuò)展的折疊和滾動(dòng)方法制備Sn-Al層壓電極(Sn@Al)。其中Sn@Al異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以有效促進(jìn)Al剝離/鍍層，降低內(nèi)阻。Sn@Al電極在對(duì)稱電池中表現(xiàn)出超過900小時(shí)的穩(wěn)定循環(huán)，并且與AlxMnO₂或KNHCF正極結(jié)合時(shí)在全電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。為了進(jìn)一步增強(qiáng)Sn@Al負(fù)極，該工作采用聚合物涂層來抑制HER。與第10次循環(huán)相比，P-Sn@Al||KNHCF電池700次循環(huán)后顯示出82%的容量保持率。

圖1. Sn@Al和Al電極剝離/電鍍的示意圖

總之，該工作提出了一種可擴(kuò)展的折疊-軋制方法來制備Sn@Al電極。具體而言，Sn具有適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)還原電位(E = 0.13V)、功函數(shù)(φ= 4.42 eV)以及與Al的兼容性，使其適合于Al欠電位沉積并增強(qiáng)Al可逆性。此外，局部Al/Sn電偶的形成有效地促進(jìn)了Al剝離，改善了電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)。因此，Sn@Al對(duì)稱電池表現(xiàn)出顯著的穩(wěn)定性，穩(wěn)定循環(huán)超過900小時(shí)。當(dāng)與AlxMnO₂正極配對(duì)時(shí)，與裸Al全電池的1.2 V相比，Sn@Al全電池表現(xiàn)出1.5 V的改善電壓平臺(tái)。

此外，它實(shí)現(xiàn)了高達(dá)95 %的庫侖效率和更高的容量(75次循環(huán)后為177 mAh g^?1，而裸鋁全電池僅剩余53 mAh g^?1)。為了進(jìn)一步提升Sn@Al負(fù)極性能，可以采用聚合物涂層來抑制HER。盡管聚合物涂層可能會(huì)引入一定阻抗并對(duì)動(dòng)力學(xué)性能產(chǎn)生影響，但它能夠有效阻礙質(zhì)子的傳輸，從而保護(hù)表面免受HER和腐蝕。經(jīng)過700次循環(huán)后，P-Sn@Al||KNHCF電池顯示出82%的容量保持率。因此，抑制Al鈍化并通過涂層提供保護(hù)，以維持活化和鈍化之間的平衡，是實(shí)現(xiàn)可逆Al負(fù)極的有效途徑。

圖2. 全電池的電化學(xué)性能

Laminated Tin–Aluminum Anodes to Build Practical Aqueous Aluminum Batteries,?Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103141

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