Adv. Sci.：具有超高能量密度和均匀铝剥离行为的准固态铝-空气电池

水系铝-空气电池具有理论容量高、成本低和安全性高的特点，因此备受关注。然而，铝金属负极上不可避免的析氢反应和电解液泄漏仍然限制了电池的寿命和安全性。

图1 空白和准固态电解质中铝负极的示意图

中南大学王海燕、唐有根、李熠鑫等首次提出了一种基于粘土的准固态电解质，它具有优异的兼容性和类似液体的离子导电性，以解决这些问题。具体而言，这项工作通过简单地混合高岭土和KOH溶液制备了一种准固态电解质，用于水系铝-空气电池。其中丰富的亲水基团（如O─H、Si─O和Al─O）限制了游离的H₂O分子，从而在Al/电解质界面上形成贫H₂O环境，抑制析氢反应。

同时，由于电解质中阳离子的吸附，高岭土表面在电场驱动下形成了快速离子通道，从而增强了电解质的离子导电性。此外，铝负极表面紧密接触的高岭土可以通过高岭土均匀的孔径分布促进铝离子的均匀剥离。

图2 铝负极在准固态电解质中的电化学性能

得益于这些优势，铝负极的腐蚀速率从0.075 mg cm^-2 min^-1（空白4 m KOH（4 mol L^-1）溶液）降至0.016 mg cm^-2 min^-1（KOH溶液与高岭土的电解质重量比为 1:1）。

此外，准固态电解质使铝-空气全电池实现了2765 mAh g^-1的超高比容量和4.56 KWh kg^-1的优异能量密度，在所有已报道的作品中名列前茅。这种准固态电解质成本低、生产简单，对铝-空气电池的大规模应用具有重要价值，并为其他类似电池系统提供了一种新策略。

图3 准固态电解质中Al离子均匀剥离的机理

Quasi-Solid-State Aluminum–Air Batteries with Ultra-high Energy Density and Uniform Aluminum Stripping Behavior. Advanced Science 2023. DOI: 10.1002/advs.202304214