​南洋理工颜清宇/西安工大陈建EnSM：层压锡铝负极实现实用水系铝电池

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​南洋理工颜清宇/西安工大陈建EnSM：层压锡铝负极实现实用水系铝电池
水系铝金属电池（AAMBs）利用丰富的铝及其高能量密度，已成为前景广阔的储能设备。然而，AAMBs面临着一些挑战，如充电期间铝沉积不成功或负极可逆性差、钝化层形成以及氢进化反应（HER）竞争等。缓解这些问题的一个可行方法是引入外来金属与铝相互作用。
​南洋理工颜清宇/西安工大陈建EnSM：层压锡铝负极实现实用水系铝电池
在此，南洋理工大学颜清宇，西安工业大学陈建等人选择具有适当的标准还原电位(-0.13 V)、功函数(4.42 eV)以及与Al良好兼容性的Sn作为改性剂。首先在三电极测试后确定了在Sn基底上沉积Al的可行性，但容量较低。
为了进一步增加Sn和Al之间的接触界面，作者采用可扩展的折叠和滚动方法制备Sn-Al层压电极(Sn@Al)。其中Sn@Al异质结构可以有效促进Al剥离/镀层，降低内阻。Sn@Al电极在对称电池中表现出超过900小时的稳定循环，并且与AlxMnO2或KNHCF正极结合时在全电池中表现出优异的性能。为了进一步增强Sn@Al负极，该工作采用聚合物涂层来抑制HER。与第10次循环相比，P-Sn@Al||KNHCF电池700次循环后显示出82%的容量保持率。
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图1. Sn@Al和Al电极剥离/电镀的示意图
总之，该工作提出了一种可扩展的折叠-轧制方法来制备Sn@Al电极。具体而言，Sn具有适当的标准还原电位(E = 0.13V)、功函数(φ= 4.42 eV)以及与Al的兼容性，使其适合于Al欠电位沉积并增强Al可逆性。此外，局部Al/Sn电偶的形成有效地促进了Al剥离，改善了电荷转移动力学。因此，Sn@Al对称电池表现出显著的稳定性，稳定循环超过900小时。当与AlxMnO2正极配对时，与裸Al全电池的1.2 V相比，Sn@Al全电池表现出1.5 V的改善电压平台。
此外，它实现了高达95 %的库仑效率和更高的容量(75次循环后为177 mAh g−1，而裸铝全电池仅剩余53 mAh g−1)。为了进一步提升Sn@Al负极性能，可以采用聚合物涂层来抑制HER。尽管聚合物涂层可能会引入一定阻抗并对动力学性能产生影响，但它能够有效阻碍质子的传输，从而保护表面免受HER和腐蚀。经过700次循环后，P-Sn@Al||KNHCF电池显示出82%的容量保持率。因此，抑制Al钝化并通过涂层提供保护，以维持活化和钝化之间的平衡，是实现可逆Al负极的有效途径。
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图2. 全电池的电化学性能
Laminated Tin–Aluminum Anodes to Build Practical Aqueous Aluminum Batteries, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103141

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