冯新亮院士Angew: 创纪录！高达94.2%能效的可充电铝胺电池！

由于铝金属的高可持续性和三电子转移特性，可充电铝电池（RAB）长期以来一直受到追捧。然而，可充电铝电池的氧化还原化学性质有限，这限制了正极材料的探索。

在此，德累斯顿工业大学冯新亮教授等人为铝电池引入了新的季铵化化学，即展示了一种使用芳香胺家族作为正极材料的RAB。胺的季铵化通过原位电化学（EC）和光谱电化学（SEC）测量得到证实，其中在氧化过程中胺的季铵化需要形成N（自由基）阳离子（R₃N•⁺或R₄N⁺）和阴离子铝络合物（AlCl₄^–）的可逆储存。

研究表明，苯基取代基在通过电子离域稳定生成的N自由基阳离子方面起关键作用，赋予胺分子高氧化还原活性（快速动力学和高容量）。在循环过程中反应性胺分子的进一步低聚抑制溶解到电解液中，使胺电极高度可逆、高效且稳定地用于阴离子存储。

图1. 胺分子的电化学行为和表征

因此，所构建的Al-(N4)n电池具有135 mAh g^-1的高可逆容量、出色的循环寿命（4000次循环）以及快速充电能力（3分钟）。该Al-(N4)n电池的电压滞后在0.1 A g^-1时低至73 mV，导致RAB中的能量效率达到创纪录的94.2%。

此外，室温下充满电的Al-(N4)n电池在开路放置2天后仍保持94.7% 的容量，优异的抗自放电行为可归因于(N4)n的低溶解度、AlCl₄^–和N阳离子位点之间的强离子键及中等工作电压。这项研究的结果拓宽了可用的化学成分并丰富了RAB活性材料的选择，季铵化化学还可以很容易地扩展到其他多价金属电池。

图2. Al-(N4)n电池的电化学性能

An Efficient Rechargeable Aluminium-Amine Battery Working Under Quaternization Chemistry, Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202116194

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冯新亮院士Angew: 创纪录！高达94.2%能效的可充电铝胺电池！

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