肖巍/付超鹏AM：低成本且空气稳定的可充电铝离子电池！

由于铝负极储量丰富、成本低和容量大，可充电铝离子电池（AIB）有望用于大规模储能。然而，目前AIBs的发展受到使用AlCl₃/1-乙基-3-甲基咪唑氯化物电解液的阻碍，该电解液价格昂贵、腐蚀性强且对空气极其敏感。

在此，武汉大学肖巍教授、上海交通大学付超鹏研究员等人报道了一种由水合高氯酸铝（Al(ClO₄)₃·9H₂O）和丁二腈（SN）组成的新型水合共晶电解质 (HEE)，用于低成本、无腐蚀性和空气稳定的AIB。研究发现，Al(ClO₄)₃·9H₂O中的结晶水对HEEs的形成起着至关重要的作用。在Al(ClO₄)₃·9H₂O/Sn HEE（ASHEE）中，部分被Sn配体取代形成[Al(H₂O)_6-x(SN)_x]³⁺配合物。

各种表征和DFT计算表明SN和H₂O分子都与ASHEE中的Al³⁺配位，且ASHEE中的结晶水在Al沉积之前有效地抑制了水分解，优化比例为1:12的ASHEE显示平均配位数约为5。

图1. ASHEE的制备及物理特性

作为概念证明，在该电解液中，带有自掺杂聚苯胺（SPANI）正极及Al箔作为负极的AIB在300 次循环中提供了185 mAh g^-1的高放电容量。

通过实验和理论研究了ASHEE中的充电/放电机制，结果表明，充放电过程遵循Al³⁺的嵌入/脱嵌，实现三电子转移。此外，由于ASHEE不易燃、空气稳定且无腐蚀性，构建的AIB在实际应用中还表现出高安全性和良好的空气耐受性。

图2. 基于ASHEE的AIB的电化学性能

A Low-cost and Air-Stable Rechargeable Aluminum-Ion Battery, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202106511