AM: 高性能铝基电池低成本铝负极的挑战与策略

雨辰

2021-11-19

不断增长的电动汽车市场和即将到来的电网规模存储系统刺激了可再生能源存储技术的快速增长。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，被认为是补充或可能取代当前锂离子电池的最有前途的替代品之一。然而，一次和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。

有鉴于此，武汉大学肖巍教授和上海交通大学董安平教授、付超鹏等人，概述了目前铝基电池中铝负极的最新研究进展。

本文要点

1）重点介绍了用于铝空气电池和可充电铝电池的铝负极存在的问题以及解决策略。对于铝空气电池，提出包括控制晶粒尺寸和结晶度、合金化和表面改性等策略最大限度降低自腐蚀。对于可充电铝电池，铝负极和电解质之间适当的界面设计是提高电池性能的关键。

2）铝电池具有高安全性和低成本等优势，但铝基电池的发展仍然面临诸多挑战。例如，（a）表面钝化膜：铝表面上的绝缘氧化铝层是离子和电绝缘的，极大地限制了充电和放电过程中的离子/电子转移；（b）自腐蚀：通过合金化、微观结构调控、铝负极的表面改性和铝基复合材料的形成可用于抑制铝负极的自腐蚀；（c）枝晶的生长：枝晶形成会造成安全隐患，还会降低库仑效率。为了抑制枝晶形成，必须控制扩散速率和电荷转移/成核速率；（d）体积膨胀：体积变化不仅会引起Al负极粉化，还会引起SEI层的反复破坏和生成，导致电解液的不断消耗。

参考文献：

Min Jiang et al. Challenges and Strategies of Low-Cost Aluminum Anodes for High-Performance Al-Based Batteries. Advanced Materials, 2021.

DOI: 10.1002/adma.202102026

https://doi.org/10.1002/adma.202102026