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電解質(zhì)對于水系鋁離子電池(AAIBs)非常重要。然而，鋁金屬負(fù)極通常電鍍/剝離可逆性較差，導(dǎo)致使用傳統(tǒng)鋁離子電解液時庫侖效率(CE)較低且循環(huán)穩(wěn)定性較差。

在此，蘭州大學(xué)謝二慶教授&湖南大學(xué)魯兵安教授、Caitian Gao團(tuán)隊提出一種以聚乙二醇(PEG)為溶劑化鋁離子主骨架的新型水系鋁離子電解質(zhì)，命名為PEG-Al@H。值得注意的是，在恒電流充電過程中，通過PEG的聚合，在鋁金屬表面上產(chǎn)生了鋁電解質(zhì)界面(AEI)。

事實證明，AEI作為保護(hù)層，有效減輕了水系電解液中快速動力學(xué)引起的副反應(yīng)，防止鋁金屬負(fù)極深度腐蝕。此外，PEG破壞了電解質(zhì)中溶劑的氫鍵，延長了AAIB的工作溫度。

圖1. KMF||PEG-Al@H||Al全電池的電化學(xué)性能及性能

總之，本文通過在水性酸性電解質(zhì)中添加PEG來設(shè)計半水凝膠電解質(zhì)(PEG-Al@H)。在充電過程中，PEG促進(jìn)了鋁負(fù)極上鋁電解液界面(AEI)的發(fā)展。首先，AEI作為保護(hù)層，有效減輕快速動力學(xué)反應(yīng)引起的副反應(yīng)，防止鋁負(fù)極深度腐蝕。由于PEG會破壞溶劑的氫鍵，因此會影響電解質(zhì)的凝固點。

結(jié)果顯示，KMF||PEG10-Al@H||Al全電池在500 mA g^-1下實現(xiàn)20000次超長循環(huán)，平均庫侖效率超過95%。

此外，KMF||PEG10-Al@H||Al可以在零下溫度下運(yùn)行超過5500次循環(huán)，在1000 mA g^-1的電流密度下容量保持率為87.2%。低溫軟包電池還實現(xiàn)了16 mAh 的高容量，并在-5℃下運(yùn)行了30多個循環(huán)。本工作為水系鋁離子電池體系的未來應(yīng)用提供了新的思路。

圖2. 軟包電池的零下溫度測試

Tailoring Interface to Boost the High-Performance Aqueous Al Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202303072

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