近日，河北大學(xué)物理學(xué)院先進(jìn)材料與能源器件團(tuán)隊(duì)李戰(zhàn)雨博士等人在水系鋁電池儲(chǔ)能機(jī)理研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)工作“Bimetallic Rechargeable Al/Zn Hybrid Aqueous Batteries Based on Al-Zn Alloys with Composite Electrolytes”以河北大學(xué)為第一單位在線發(fā)表在國(guó)際著名期刊《Advanced Materials》(IF=32.086)，碩士研究生楊曉虎為第一作者，李戰(zhàn)雨博士和張文明教授為通訊作者。

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https://doi.org/10.1002/adma.202206099

鋁含量豐富，具有很高的理論容量和體積能量密度。此外，水性鋁離子電池的高安全性使其成為大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的有力候選者。然而，正極材料結(jié)構(gòu)坍塌和金屬鋁的溶解等問題導(dǎo)致水系鋁離子電池難以開發(fā)。

在此項(xiàng)工作中，研究人員開發(fā)了一種新型電池系統(tǒng)，即Al-Zn/Al(OTF)3+HOTF+Zn(OTF)/lxZnyMnO2·nH2O。陰極采用MnO拓?fù)渥儞Q，保證陰極形成AlxMnO2·nH2O，拓?fù)渥儞Q改變了正極材料的結(jié)構(gòu)，使Zn2+可以嵌入到AlxMnO2·nH2O尖晶石結(jié)構(gòu)中，為材料結(jié)構(gòu)提供支撐。陽極上，電解液中的Zn2+在Al負(fù)極上沉積，形成區(qū)域性的Al-Zn合金，避免金屬鋁的溶解問題。Zn2+在放電過程中被還原為Zn金屬，為二次放電增加了一個(gè)平臺(tái)，有利于電池容量的提高。該系統(tǒng)可提供1.6 V的放電平臺(tái)，首次放電容量達(dá)到554 mAh/g，且在100次循環(huán)后保持313 mAh/g的高可逆容量。該研究為水系鋁離子電池（AAIBs）的進(jìn)一步發(fā)展提供了新思路。

以上工作得到了物理學(xué)院球差電鏡公共測(cè)試平臺(tái)及國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、河北大學(xué)高層次引進(jìn)人才項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)的支持。