科研人員研發一種穩定簡單鋁電池陽極制備工藝

近日，西安交通大學杜顯鋒教授等人通過調節鋁晶面的擇優取向，研發了一種穩定簡單的鋁電池陽極制備工藝，并證明了具有高晶格匹配的擇優晶面生長機制與鋁陽極電化學性能之間的相關性，相關研究成果發表在《自然-通訊》上。

近年來，鈉、鎂、鋁、鉀、鈣、鋅等金屬離子電池逐漸成為了各國研究者的研究熱點。其中，鋁電池由于高理論容量、高豐度、高安全性和低成本等優點從中脫穎而出。然而，在重復的循環過程中，不均勻的電沉積帶來的枝晶問題會導致鋁金屬陽極的低庫倫效率和快速短路失效，這嚴重阻礙了鋁電池的循環穩定性。最近，研究者們已經通過構建人工表面層、調節電解質成分和添加劑以及調控電極結構等方法來引導金屬陽極的均勻沉積。這些方法雖然取得了一些成功，但都是通過改變原始鋁箔的基礎結構或引入新物質來實現的，這不僅增加了電極的成本，而且繁瑣的加工過程導致可規模化生產性差。因此，設計一種在持續沉積/剝離過程中能夠穩定循環且制備工藝簡單的鋁陽極材料非常重要。

杜顯鋒團隊的研究結果表明，這種具有（111）擇優晶面的鋁陽極在鋁的初始成核和生長過程中起著重要作用。用（111）Al陽極組裝的鋁電池具有更穩定的沉積形態和更長的循環壽命，并成功實現了高度可逆的沉積/鍍覆、無枝晶和高庫侖效率。在5A·g-1的電流密度下，具有（111）擇優晶面的鋁陽極穩定地進行了25000次循環，容量保持率超過80%。這項工作為高穩定性可充電鋁電池的發展開辟了道路，對高安全性儲能電池的發展具有重要意義。

鋁電池負極同構生長和異構生長模式的電沉積示意圖。（課題組供圖）

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-50723-0