水系鋁-空氣電池具有理論容量高、成本低和安全性高的特點(diǎn)，因此備受關(guān)注。然而，鋁金屬負(fù)極上不可避免的析氫反應(yīng)和電解液泄漏仍然限制了電池的壽命和安全性。

圖1 空白和準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)中鋁負(fù)極的示意圖

中南大學(xué)王海燕、唐有根、李熠鑫等首次提出了一種基于粘土的準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)，它具有優(yōu)異的兼容性和類似液體的離子導(dǎo)電性，以解決這些問題。具體而言，這項(xiàng)工作通過簡單地混合高嶺土和KOH溶液制備了一種準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)，用于水系鋁-空氣電池。其中豐富的親水基團(tuán)（如O─H、Si─O和Al─O）限制了游離的H₂O分子，從而在Al/電解質(zhì)界面上形成貧H₂O環(huán)境，抑制析氫反應(yīng)。

同時，由于電解質(zhì)中陽離子的吸附，高嶺土表面在電場驅(qū)動下形成了快速離子通道，從而增強(qiáng)了電解質(zhì)的離子導(dǎo)電性。此外，鋁負(fù)極表面緊密接觸的高嶺土可以通過高嶺土均勻的孔徑分布促進(jìn)鋁離子的均勻剝離。

圖2 鋁負(fù)極在準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)中的電化學(xué)性能

得益于這些優(yōu)勢，鋁負(fù)極的腐蝕速率從0.075 mg cm^-2 min^-1（空白4 m KOH（4 mol L^-1）溶液）降至0.016 mg cm^-2 min^-1（KOH溶液與高嶺土的電解質(zhì)重量比為 1:1）。

此外，準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)使鋁-空氣全電池實(shí)現(xiàn)了2765 mAh g^-1的超高比容量和4.56 KWh kg^-1的優(yōu)異能量密度，在所有已報(bào)道的作品中名列前茅。這種準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)成本低、生產(chǎn)簡單，對鋁-空氣電池的大規(guī)模應(yīng)用具有重要價(jià)值，并為其他類似電池系統(tǒng)提供了一種新策略。

圖3 準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)中Al離子均勻剝離的機(jī)理

Quasi-Solid-State Aluminum–Air Batteries with Ultra-high Energy Density and Uniform Aluminum Stripping Behavior. Advanced Science 2023. DOI: 10.1002/advs.202304214