肖巍/董安平/付超鹏AM：高性能铝基电池铝负极的挑战与策略

铝基电池由于比容量高、安全性好、成本低、重量轻和铝储量丰富，被认为是当前锂离子电池的最有前途的替代品之一。然而，一次/二次铝电池的负极问题，如自腐蚀、钝化膜和体积膨胀严重限制了电池的实际性能，从而阻碍了其商业化。

在此，武汉大学肖巍教授及上海交通大学董安平研究员、付超鹏研究员等人概述了目前一次和可充电铝基电池系统中铝负极的最新研究进展。对于一次电池，铝负极设计决定了整个电池的实际能量密度。控制晶粒尺寸和结晶度、合金化和表面改性等策略可以减少自腐蚀。

此外，抑制静态铝负极的自腐蚀对于商业化至关重要。对于可充电（二次）铝电池，铝负极和电解液之间适当的界面设计是提高电池性能的关键，可以开发合适的电解液来替代腐蚀性和空气敏感的氯铝酸盐离子液体。此外，可以通过各种结构规则和策略，包括铝负极的合金化、晶粒尺寸/晶体取向、孔隙率和尺寸工程进行界面改性以提高负极性能。

图1. 不同类型的铝电池方案

目前，铝基电池正在进入一个新的时代，在能量存储和转换方面有着广阔的前景。由于铝电池仍处于早期阶段，仍需要更多的基础研究来进一步了解 Al³⁺与晶格/溶剂之间的充电/放电机制，以克服当前的挑战。

此外，一些相对成熟的铝电池的商业化也有望投入额外的工程化应用。在不久的将来，日常生活中确实有可能使用低成本和高性能的铝电池。

图2. 铝电池负极的挑战与策略

Challenges and Strategies of Low-Cost Aluminum Anodes for High-Performance Al-Based Batteries, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202102026

肖巍/董安平/付超鹏AM：高性能铝基电池铝负极的挑战与策略

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