焦树强/王明涌AM：用于快速存储波动能量的碳气凝胶轻质铝电池

铝电池具有成本低、容量大、安全等优点，具有很大的可再生能源存储潜力。高能量密度和对波动电力的适应性是主要的挑战。

在此，北京科技大学焦树强&王明涌团队基于新型分层多孔无枝晶碳气凝胶膜（CAF）负极和集成石墨复合碳气凝胶膜（GCAF）正极构建了一种用于快速存储波动能量的轻质铝电池，证实了CAF负极上含O官能团的新诱导机制可实现均匀的Al沉积。与传统涂层正极相比，GCAF正极由于石墨材料的负载质量极高（9.5–10.0 mg cm^-2）而具有更高的质量利用率。

同时，GCAF正极的体积膨胀较小，从而具有更好的循环稳定性。轻质的CAF‖GCAF全电池由于其分级多孔结构，可以很好地适应大且波动的电流密度。同时获得了2000次循环后的高放电容量（115.6 mAh g^-1）和高电流密度下的短充电时间（7.0 min）。

图1. 通过吸附AlCl_3-x^x+离子，含氧官能团在CAF负极上诱导铝沉积的新机制

具体而言，该工作设计了一种新型自支撑分层多孔CAF作为负极和GCAF作为正极来构建轻质铝电池。CAF作为主体负极，在2500小时内表现出稳定的沉积/剥离行为。基于CAF上的含O官能团和AlCl_3-x^x+离子之间的有效吸附，提出并证实了一种无枝晶Al沉积的新诱导机制，从而产生了丰富且均匀的Al沉积活性位点。此外，具有高载量（约10.0 mg cm^-2）的集成GCAF正极在900次循环后表现出较大的比容量（111.4 mAh g^-1），并且在大循环次数下表现出极高的面容量（1.1 mAh cm^-2）。

特别是，与GP正极50倍的大体积膨胀相比，GCAF正极几乎不发生体积膨胀。低成本、轻量化的CAF‖GCAF全电池对500~1000 mA g^-1范围内的波动电流具有良好的适应性，并具有7.0 min的快速充电能力。在1000 mA g^-1的高电流密度下循环2000次后，放电容量保持在115.6 mA g^-1。因此，该工作促进了快速存储波动的高能量密度铝电池的发展。

图2. 高容量、波动、大电流密度快速充电CAF‖GCAF全电池

Carbon Aerogel Lightweight Al Battery for Fast Storage of Fluctuating Energy, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202303943

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焦树强/王明涌AM：用于快速存储波动能量的碳气凝胶轻质铝电池

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