鋁作為地球上最豐富的金屬元素，具有高導電性、高熱導性和低成本等優(yōu)點。鋁陽極的理論體積容量和質量容量分別為8048 mAh·cm-3和2981 mAh·g-1，遠高于其他多價金屬離子的理論能量密度。此外，鋁在空氣和水中的超高穩(wěn)定性也提高了鋁電池的安全性能。然而，鋁電池的實用化道路仍然存在許多障礙，其中鋁陽極的枝晶生長是最重要也是最容易被忽視的問題。目前，大多數研究人員在探索鋁電池陽極時都是基于低面容量（0.08-0.4 mAh·cm-2）和厚隔膜（主要是Whatman GF/D玻璃纖維隔膜），這不利于探索實用化可充電鋁電池陽極的失效機理。增加正極活性物質面負載量能夠減少鋁塑膜、電解質、集流體和隔膜等材料的使用量，提升鋁電池器件的能量密度。然而，大的面負載量將不可避免地增加單位面積鋁的沉積量。如果沒有均勻的電流密度分布，鋁會在電荷聚集點連續(xù)沉積并形成枝晶。在這種情況下，使用薄隔膜更會加速電池短路故障的發(fā)生。

針對這一問題，西安交大化學學院杜顯鋒教授團隊利用激光刻蝕和陽極氧化技術制備了P-Al2O3/Al陽極，它不僅增加了電極的有效活性面積，而且形成了穩(wěn)定的電極/電解質界面，使鋁發(fā)生均勻地電沉積。這種陽極在5 mAh·cm-2的面容量下保持穩(wěn)定循環(huán)1400小時以上。當高電流密度設置為10 mA·cm-2時，受保護的陽極在2900次循環(huán)中也顯示出優(yōu)異的電池穩(wěn)定性。此外，使用P-Al2O3/Al陽極的480 mAh軟包電池在0.5V至2.5V的電壓下可以保持170 Wh·kg-1的能量密度和90%的能量效率（基于正極活性成分計算）。

近日，該研究成果以《空間限域生長策略助力高面容量可充電鋁電池》（Space Limited Growth Strategy for Ultra-high Areal Capacity Rechargeable Aluminum Batteries）為題發(fā)表在國際能源領域頂級期刊（Energy Storage Materials）上。

該論文第一作者為西安交大化學學院博士研究生王世新，論文通訊作者是西安交大化學學院杜顯鋒教授和熊禮龍副教授。西安交通大學為唯一通訊單位。該研究工作是西安交通大學化學學院杜顯鋒教授課題組在鋁電池領域的又一研究成果，并且獲得國家自然科學基金和陜西省自然科學基金重點項目的支持。西安交大化學學院杜顯鋒教授長期從事電解電容器、鋰（鈉）離子電池、鋁離子電池、超級電容器、柔性可穿戴傳感器的電極材料、電介質、電解質、固體化、柔性化、一體化等研究。目前已在Adv.Funct.Mater.,J.Mater.Chem.A,Carbon,ACS Appl.Mater.Inter.,Adv.Mater.,Inorg.Chem.Front.,J.Am.Ceram.Soc.等國際知名學術期刊和國際會議上發(fā)表相關研究論文60余篇，申請發(fā)明專利近50項。