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北科焦樹強/北理宋維力AM：循環(huán)2000次的高穩(wěn)定準固態(tài)鋁電池！

低成本和高安全性的非水可充鋁電池(RABs)有望用于下一代儲能。由于存在離子液體（IL）電解液，其高濕敏性和差穩(wěn)定性會導致液基RABs中的關鍵問題，包括不良氣體產(chǎn)生、不可逆活性損失和不穩(wěn)定的電極界面，從而破壞工作穩(wěn)定性。

北京科技大學焦樹強、北京理工大學宋維力等通過將少量IL封裝到金屬有機框架(IL@MOF)中開發(fā)了一種穩(wěn)定的準固態(tài)電解質(zhì)，這不僅可以防止IL受潮，而且可以在活性物質(zhì)材料和電解質(zhì)之間形成足夠的離子傳輸網(wǎng)絡。

圖1 用于鋁電池的準固態(tài)電解質(zhì)

在這種固體形式中，IL客體充當活性陰離子(Al_xCl_y-)導體，納米多孔MOF主體提供足夠穩(wěn)定的離子傳輸通道和保護框架。由于在IL中保持了離子遷移率和穩(wěn)定的保護，這種準固態(tài)IL@MOF電解質(zhì)保持了高離子導電性和長期空氣穩(wěn)定性的特點。

此外，開放的三維MOF框架在活性材料和IL@MOF電解質(zhì)之間提供了豐富的接觸網(wǎng)絡，形成穩(wěn)定的界面以促進Al_xCl_y-陰離子的傳輸。

圖2 準固態(tài)鋁電池性能

得益于三維納米多孔MOF和IL中不受約束的離子傳輸，IL@MOF電解質(zhì)表現(xiàn)出7.5 × 10?4 S cm^?1的高離子電導率，并且可以在正極-電解質(zhì)和負極-電解質(zhì)界面上建立穩(wěn)定狀態(tài)。采用IL@MOF電解質(zhì)，即使在9 mg cm^?2超高石墨負載下，準固態(tài)鋁電池仍可以提供~75 mAh g^?1的比容量，并表現(xiàn)出超過2000次循環(huán)的長期循環(huán)穩(wěn)定性。

更重要的是，暴露在空氣中2小時，電池即使在火中燃燒的條件下仍然運行良好，在環(huán)境條件下顯示出長期穩(wěn)定性和高安全性。這項工作突出了一種設計高度穩(wěn)定和安全的鋁電池的新方法，為促進鋁電池在儲能中的應用提供了可行的策略。

圖3 IL@MOF電解質(zhì)與鋁之間的穩(wěn)定界面

Stable quasi-solid-state Aluminum Batteries. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202104557

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