多伦多大学Joule: 非水系可充电铝电池研究现状及未来展望

可充电铝电池（RAB）技术由于铝的高天然丰度、低材料成本、高理论容量和易于处理，已成为中型和大规模固定式储能应用潜力巨大的候选技术。随着具有不同电荷存储机制的新型电极材料取得进展，有必要构建标准化的分类和评估框架，以便能够对不同RAB化学物质的电池性能指标进行适当的比较。

在此，加拿大多伦多大学Gisele Azimi, Kok Long Ng等人总结了非水系RAB的研究进展，旨在建立一个标准化的评估框架，该框架能够对各种RAB化学物质的电池性能指标进行适当的评估。首先，确定并概括了每种正极类型所涉及的电荷存储机制，这可以在各种RAB系统中实现的容量、能量和功率密度进行标准化比较。

然后，讨论在各种RAB系统中观察到的差异，作者强调了准确阐明所涉及的潜在电荷存储机制的重要性。此外，讨论了各种插层正极中的离子迁移动力学及增强离子插层和迁移动力学的有效策略，从而提高电池性能。最后，作者提供了对有效策略的看法，这些策略对于阐明现有电极材料中的电荷存储机制至关重要。

图1. 各种RAB化学物质在活性材料水平上的电池性能指标

作者对未来RAB体系的研究提出了以下展望：

（1）应努力了解电池的化学成分，因为对电荷存储机制的不精确/不准确评估会产生错误的结果，从而导致对实际电池性能的高估/低估。此外，应特别注意电池性能指标的报告和解释，特别是在不同的电池化学和水平之间。

（2）为了阐明所涉及的反应，需要结合理论计算进行综合表征。此外，许多正极材料中较差的Al³⁺迁移率是另一个需要研究的挑战。

（3）RAB 过去7年的研究缺乏连贯的目标，对所采取的研究方向具有强烈的随机性。然而，现有RAB化学性质固有的复杂性要求采用与之前的单价/多价碱金属电池截然不同的电极设计/工程方法，从而实现高性能RAB。

图2. 阐明现有RAB系统中复杂电荷存储机制的研究策略

Nonaqueous rechargeable aluminum batteries, Joule 2022. DOI: 10.1016/j.joule.2021.12.003

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