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近日，西安交通大學(xué)杜顯鋒教授等人通過(guò)調(diào)節(jié)鋁晶面的擇優(yōu)取向，研發(fā)了一種穩(wěn)定簡(jiǎn)單的鋁電池陽(yáng)極制備工藝，并證明了具有高晶格匹配的擇優(yōu)晶面生長(zhǎng)機(jī)制與鋁陽(yáng)極電化學(xué)性能之間的相關(guān)性，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》上。
近年來(lái)，鈉、鎂、鋁、鉀、鈣、鋅等金屬離子電池逐漸成為了各國(guó)研究者的研究熱點(diǎn)。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(yōu)點(diǎn)從中脫穎而出。然而，在重復(fù)的循環(huán)過(guò)程中，不均勻的電沉積帶來(lái)的枝晶問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致鋁金屬陽(yáng)極的低庫(kù)倫效率和快速短路失效，這嚴(yán)重阻礙了鋁電池的循環(huán)穩(wěn)定性。最近，研究者們已經(jīng)通過(guò)構(gòu)建人工表面層、調(diào)節(jié)電解質(zhì)成分和添加劑以及調(diào)控電極結(jié)構(gòu)等方法來(lái)引導(dǎo)金屬陽(yáng)極的均勻沉積。這些方法雖然取得了一些成功，但都是通過(guò)改變?cè)间X箔的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)或引入新物質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這不僅增加了電極的成本，而且繁瑣的加工過(guò)程導(dǎo)致可規(guī)?；a(chǎn)性差。因此，設(shè)計(jì)一種在持續(xù)沉積/剝離過(guò)程中能夠穩(wěn)定循環(huán)且制備工藝簡(jiǎn)單的鋁陽(yáng)極材料非常重要。
杜顯鋒團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果表明，這種具有（111）擇優(yōu)晶面的鋁陽(yáng)極在鋁的初始成核和生長(zhǎng)過(guò)程中起著重要作用。用（111）Al陽(yáng)極組裝的鋁電池具有更穩(wěn)定的沉積形態(tài)和更長(zhǎng)的循環(huán)壽命，并成功實(shí)現(xiàn)了高度可逆的沉積/鍍覆、無(wú)枝晶和高庫(kù)侖效率。在5A·g-1的電流密度下，具有（111）擇優(yōu)晶面的鋁陽(yáng)極穩(wěn)定地進(jìn)行了25000次循環(huán)，容量保持率超過(guò)80%。這項(xiàng)工作為高穩(wěn)定性可充電鋁電池的發(fā)展開(kāi)辟了道路，對(duì)高安全性儲(chǔ)能電池的發(fā)展具有重要意義。
鋁電池負(fù)極同構(gòu)生長(zhǎng)和異構(gòu)生長(zhǎng)模式的電沉積示意圖。（課題組供圖）
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-50723-0
本文鏈接：http://www.3ypm.com.cn/news-8-6732-0.html科研人員研發(fā)一種穩(wěn)定簡(jiǎn)單鋁電池陽(yáng)極制備工藝
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