由于鋁金屬的高可持續性和三電子轉移特性,可充電鋁電池(RAB)長期以來一直受到追捧。然而,可充電鋁電池的氧化還原化學性質有限,這限制了正極材料的探索。在此,德累斯頓工業大學馮新亮教授等人為鋁電池引入了新的季銨化化學,即展示了一種使用芳香胺家族作為正極材料的RAB。胺的季銨化通過原位電化學(EC)和光譜電化學(SEC)測量得到證實,其中在氧化過程中胺的季銨化需要形成N(自由基)陽離子(R3N?+或R4N+)和陰離子鋁絡合物(AlCl4–)的可逆儲存。研究表明,苯基取代基在通過電子離域穩定生成的N自由基陽離子方面起關鍵作用,賦予胺分子高氧化還原活性(快速動力學和高容量)。在循環過程中反應性胺分子的進一步低聚抑制溶解到電解液中,使胺電極高度可逆、高效且穩定地用于陰離子存儲。圖1. 胺分子的電化學行為和表征因此,所構建的Al-(N4)n電池具有135 mAh g -1的高可逆容量、出色的循環壽命(4000次循環)以及快速充電能力(3分鐘)。該Al-(N4)n電池的電壓滯后在0.1 A g-1時低至73 mV,導致RAB中的能量效率達到創紀錄的94.2%。此外,室溫下充滿電的Al-(N4)n電池在開路放置2天后仍保持94.7% 的容量,優異的抗自放電行為可歸因于(N4)n的低溶解度、AlCl4–和N陽離子位點之間的強離子鍵及中等工作電壓。這項研究的結果拓寬了可用的化學成分并豐富了RAB活性材料的選擇,季銨化化學還可以很容易地擴展到其他多價金屬電池。圖2. Al-(N4)n電池的電化學性能An Efficient Rechargeable Aluminium-Amine Battery Working Under Quaternization Chemistry, Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202116194