兰大/湖大AFM：定制界面以增强高性能水系铝离子电池

电解质对于水系铝离子电池(AAIBs)非常重要。然而，铝金属负极通常电镀/剥离可逆性较差，导致使用传统铝离子电解液时库仑效率(CE)较低且循环稳定性较差。

在此，兰州大学谢二庆教授&湖南大学鲁兵安教授、Caitian Gao团队提出一种以聚乙二醇(PEG)为溶剂化铝离子主骨架的新型水系铝离子电解质，命名为PEG-Al@H。值得注意的是，在恒电流充电过程中，通过PEG的聚合，在铝金属表面上产生了铝电解质界面(AEI)。

事实证明，AEI作为保护层，有效减轻了水系电解液中快速动力学引起的副反应，防止铝金属负极深度腐蚀。此外，PEG破坏了电解质中溶剂的氢键，延长了AAIB的工作温度。

图1. KMF||PEG-Al@H||Al全电池的电化学性能及性能

总之，本文通过在水性酸性电解质中添加PEG来设计半水凝胶电解质(PEG-Al@H)。在充电过程中，PEG促进了铝负极上铝电解液界面(AEI)的发展。首先，AEI作为保护层，有效减轻快速动力学反应引起的副反应，防止铝负极深度腐蚀。由于PEG会破坏溶剂的氢键，因此会影响电解质的凝固点。

结果显示，KMF||PEG10-Al@H||Al全电池在500 mA g^-1下实现20000次超长循环，平均库仑效率超过95%。

此外，KMF||PEG10-Al@H||Al可以在零下温度下运行超过5500次循环，在1000 mA g^-1的电流密度下容量保持率为87.2%。低温软包电池还实现了16 mAh 的高容量，并在-5℃下运行了30多个循环。本工作为水系铝离子电池体系的未来应用提供了新的思路。

图2. 软包电池的零下温度测试

Tailoring Interface to Boost the High-Performance Aqueous Al Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202303072

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