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?北大龐全全/武理麥立強(qiáng)Nat. Commun.：在85℃下快速充電的鋁-硫電池

熔鹽Al–S電池完全基于資源豐富的可持續(xù)材料，具有高倍率能力和適中的能量密度，有望用于大規(guī)模儲(chǔ)能；但其工作溫度仍然較高，阻礙了其應(yīng)用。

圖1. 季堿氯鋁酸鹽熔體電解質(zhì)的設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)表征

北京大學(xué)龐全全、武漢理工大學(xué)麥立強(qiáng)等打破慣例，提出了一種資源可持續(xù)的熔鹽Al–S電池，其運(yùn)行溫度低至85?°C，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和高循環(huán)穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，季堿氯鋁酸鹽熔體電解質(zhì)的熔點(diǎn)較低，約為80?°C，同時(shí)保持了快速擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)和快速Al沉積/剝離。實(shí)驗(yàn)分析和理論計(jì)算證實(shí)，即使在85°C的低溫下，季堿氯鋁酸鹽熔體中也存在大量的高階Al_nCl_3n+1^–團(tuán)簇?，這導(dǎo)致低Al³⁺脫溶劑化勢(shì)壘，為電池快速充電奠定了基礎(chǔ)。

圖2.?季堿金屬氯鋁酸鹽熔體和離子液體電解質(zhì)在85℃下的電化學(xué)評(píng)價(jià)?

團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步的研究表明，具有豐富氮位點(diǎn)的高表面積碳框架與熔融電解質(zhì)化學(xué)相容，可進(jìn)一步加速硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)。結(jié)果，演示的Al–S電池在C/5的倍率下顯示出931 mAh?g^?1的高容量?、0.19?V的較小電壓滯后，具有卓越的高倍率循環(huán)穩(wěn)定性（在1 C條件下可循環(huán)1400 次以上）。這項(xiàng)工作為可持續(xù)Al–S電池在靜態(tài)和移動(dòng)儲(chǔ)能中的實(shí)際應(yīng)用開辟了可能性，具有內(nèi)在的安全性和成本效益。

圖3.?Al-S電池在85℃下的電化學(xué)性能

Rapid-charging aluminium-sulfur batteries operated at 85?°C with a quaternary molten salt electrolyte. Nature Communications 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-44691-8

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