熊礼龙/杜显锋EnSM：空间限制生长策略实现超高面容量可充铝电池

提高电极的面负载是提高器件能量密度和促进铝电池商业化的前提。然而，大面积负载将不可避免地增加单位面积的铝沉积量，这会加剧枝晶生长，严重影响器件的安全性和稳定性。

图1 传统铝负极的电沉积模式分析

西安交通大学熊礼龙、杜显锋等报告了一种新型的铝电池负极，它不仅增加了电极的有效活性面积，而且形成了一个稳定的电极/电解质界面，以诱导铝的均匀电沉积。

这些特征源于P-Al₂O₃/Al电极的四个优点：（1）均匀化电流密度分布；（2）重新分配离子浓度梯度；（3）限制铝在微孔中的生长；（4）大的比表面积提供充分的电解液接触。

图2 材料制备及表征

受益于上述优势，这样的负极在5 mAh-cm^-2的大面积比容量下可以保持稳定的循环超过1400小时。当与高电流密度（10 mA-cm^-2）相配时，受保护的负极在2900次循环中也显示出优异的电池稳定性。

此外，采用P-Al₂O₃/Al负极的480 mAh的软包电池在0.5V至2.5V的电压下可以保持170 Wh-kg^-1的能量密度和90%的能量效率（根据正极活性成分计算），这意味着电池的放大不会降低铝电池的性能。该策略和方法对于组装具有高能量密度和高循环稳定性的铝电池具有重要的实际意义。

图3 铝电池电化学性能

Space Limited Growth Strategy for Ultra-high Areal Capacity Rechargeable Aluminum Batteries. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102826