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2021-09-03
顆粒在線訊：鋁離子電池具有負(fù)極容量高、安全性好、資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，在未來的大規(guī)模儲(chǔ)能和高功率供能等領(lǐng)域有非常好的應(yīng)用前景。目前鋁離子電池主要采用層狀結(jié)構(gòu)的碳材料（石墨烯、石墨）作為鋁離子電池正極，具有較高的輸出電壓、優(yōu)異的快充和循環(huán)穩(wěn)定性。然而鋁離子電池的石墨烯基正極容量仍有很大的提升空間，進(jìn)一步深入探討碳材料正極的儲(chǔ)能機(jī)制有益于合理設(shè)計(jì)鋁離子電池正極。
浙江大學(xué)高超教授團(tuán)隊(duì)在前期工作的基礎(chǔ)上，用高溫化膨脹石墨做正極，鋁箔做負(fù)極，團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的三乙胺基鋁離子液體作為電解液，進(jìn)一步開發(fā)了一種低成本高倍率的鋁離子電池體系：1 Ag?1（~10C）電流密度下，鋁離子電池正極容量平均為110 mAh g?1，穩(wěn)定循環(huán)18 000次；在5A g?1（~50C，快充72秒）電流密度下，鋁離子電池正極容量100 mAh g?1，可穩(wěn)定循環(huán)27 500次。
圖 1：鋁離子電池組驅(qū)動(dòng)的模型車，正極材料5Ag?1的循環(huán)性能圖
本研究通過滿電態(tài)（2.54V）鋁離子電池的正極材料的EDS和XRD表征（圖2），進(jìn)一步提出了AlCl4?沉積對(duì)具有較高比表面積的膨脹石墨正極材料容量的貢獻(xiàn),完善了現(xiàn)有的AlCl4?插層機(jī)理。經(jīng)過高溫石墨化處理的膨脹石墨正極材料，微觀石墨片層更完整，石墨片層邊緣出現(xiàn)融合位，有利于AlCl4?沉積，從而提高鋁離子電池容量并改善其倍率性能。
圖 2：滿電態(tài)（2.54V）鋁離子電池正極材料的EDS和XRD圖
上述工作以“A graphitized expanded graphite cathode for aluminum-ion battery with excellent rate capability”為題發(fā)表在Journal of Energy Chemistry上，納高團(tuán)隊(duì)博士后董曉忠為第一作者(目前就職于太原工業(yè)學(xué)院材料工程系)。該論文得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等相關(guān)經(jīng)費(fèi)的資助。
團(tuán)隊(duì)前期工作包括：鋁離子電池石墨烯正極的“無缺陷”設(shè)計(jì)原則（Adv. Mater. 2016, 29, 1605958），“三高三連續(xù)”設(shè)計(jì)原則（Sci. Adv. 2017, 3, eaao7233），鋁枝晶現(xiàn)象及其抑制機(jī)理（ACS Appl. Mater. & Inter., 2017, 9, 22628），低成本鋁離子電池體系（Carbon, 2019, 148: 134-140）。
文章來源：高超課題組
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