陈维/李震宇AEM：晶格匹配层实现超长循环寿命和超过99.92%高库仑效率的无负极铝电极

铝金属作为地壳中含量最丰富的金属元素，具有低成本，高比容量以及高安全性的优势，可充电铝金属电池被认为是最有前途的下一代电池候选者之一。然而，金属铝负极在沉积/溶解过程中较差的可逆性以及严重的枝晶生长。此外，目前铝离子电池研究中普遍使用严重过量的Al金属作为负极，这大大降低了铝电池在实际应用中的能量密度。因此，寻求实用有效的方法提高铝负极的可逆性和利用率是非常重要的。

在此，中国科学技术大学陈维教授课题组与李震宇教授团队提出了一种通过构建晶格匹配层(LML)来调控Al沉积/溶解行为的策略。通过各种实验和理论计算证明LML（以金为例）可以显著提高成核密度并降低平均粒径，从而获得高可逆、无枝晶、耐用和无负极的铝电极。

图1. 对铝在不同基底上的DFT计算

结果显示，金属Al在Au@Ti基体上的稳定沉积/溶解时间超过4500 h，平均库仑效率为99.92%，为历史最高报道值。此外，基于Au@Ti负极和膨胀石墨正极的无负极全电池在900次循环中表现出优异的长期稳定性，容量保持率为80%。该研究为提高铝负极的可逆性和利用率提供了有效的策略，为先进铝电池的发展提供了启示。

图2. 基于膨胀石墨正极与不同基底组成的无负极的全电池电化学性能测试

Anode-Free Aluminum Electrode with Ultralong Cycle Life and High Coulombic Efficiency Exceeding 99.92% Enabled by a Lattice-Matching Layer, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202301322

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陈维/李震宇AEM：晶格匹配层实现超长循环寿命和超过99.92%高库仑效率的无负极铝电极

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