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鋁基電池由于比容量高、安全性好、成本低、重量輕和鋁儲量豐富，被認為是當前鋰離子電池的最有前途的替代品之一。然而，一次/二次鋁電池的負極問題，如自腐蝕、鈍化膜和體積膨脹嚴重限制了電池的實際性能，從而阻礙了其商業化。

在此，武漢大學肖巍教授及上海交通大學董安平研究員、付超鵬研究員等人概述了目前一次和可充電鋁基電池系統中鋁負極的最新研究進展。對于一次電池，鋁負極設計決定了整個電池的實際能量密度。控制晶粒尺寸和結晶度、合金化和表面改性等策略可以減少自腐蝕。

此外，抑制靜態鋁負極的自腐蝕對于商業化至關重要。對于可充電（二次）鋁電池，鋁負極和電解液之間適當的界面設計是提高電池性能的關鍵，可以開發合適的電解液來替代腐蝕性和空氣敏感的氯鋁酸鹽離子液體。此外，可以通過各種結構規則和策略，包括鋁負極的合金化、晶粒尺寸/晶體取向、孔隙率和尺寸工程進行界面改性以提高負極性能。

圖1. 不同類型的鋁電池方案

目前，鋁基電池正在進入一個新的時代，在能量存儲和轉換方面有著廣闊的前景。由于鋁電池仍處于早期階段，仍需要更多的基礎研究來進一步了解 Al³⁺與晶格/溶劑之間的充電/放電機制，以克服當前的挑戰。

此外，一些相對成熟的鋁電池的商業化也有望投入額外的工程化應用。在不久的將來，日常生活中確實有可能使用低成本和高性能的鋁電池。

圖2. 鋁電池負極的挑戰與策略

Challenges and Strategies of Low-Cost Aluminum Anodes for High-Performance Al-Based Batteries, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202102026

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肖巍/董安平/付超鵬AM：高性能鋁基電池鋁負極的挑戰與策略

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