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Al³⁺與密堆積晶體結構之間的強靜電相互作用，以及傳統(tǒng)陽離子氧化還原正極的單電子轉移能力，對高性能可充電鋁電池 (RAB) 的發(fā)展提出了挑戰(zhàn)。

在此，中科院物理研究所索鎏敏研究員等人提出了一種結合非晶化和陰離子富集的新策略來探索高容量鋁離子正極，它打破了固定晶格間距的限制，引入了大量的缺陷，并增加了陰離子氧化還原中心的數(shù)量。

作者使用 AlCl₃-1-乙基-3-甲基-咪唑鎓氯化物離子液體電解質(zhì)和金屬鋁負極，研究了一系列無定形富含陰離子的多硫化鈦 (AATP) 作為RAB中的正極。與晶體材料相比，非晶態(tài)和富硫策略都可以顯著提高電化學性能。

圖1. AATPs在RABs中的電化學性能

在AATPs中，非晶態(tài)富硫TiS₄更為突出，可逆容量高達206 mAh/g，可循環(huán)1000次以上。實驗和理論研究進一步表明，TiS₄正極主要進行陰離子氧化還原反應并實現(xiàn)局部多電子轉移。

同時，在循環(huán)過程中保持了非晶態(tài)結構。作者相信這種非晶態(tài)且富含負離子的策略可以為高能多價離子電池提供更多的可能性。

圖2. DFT-MD模擬

Amorphous anion-rich titanium polysulfides for aluminum-ion batteries, Science Advances 2021. DOI: 10.1126/sciadv.abg6314

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