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科学研究
尖晶石型锰氧化物-实现高性能的水系可充电铝离子电池
 最后更新: 2020-04-30  作者: 佚名  浏览: 260次

  铝是一种在自然界储量丰富的金属资源。以铝作为电极材料,具有成本低、体积能量密度高和安全性高等优点,有望成为未来大规模储能的首选。然而,缺乏合适的电解质和阴极材料阻碍了铝基储能系统的发展。因此,迫切需要开发一种不可燃、毒性低以及宽电化学窗口的电解质和具有高容量、高氧化还原电位的阴极材料。
  近期,Chuan Wu等人在
Nature Communications(2019, 10 : 73)上发表了题为“Electrochemically activated spinel manganese oxide for rechargeable aqueous aluminum battery”的文章,提出了Al / Al(OTF)3-H2O / AlxMnO2·nH2O形式的可充铝离子电池。这种电池不仅实现了Al3+ 在水系电解质中的可逆嵌入/脱出,而且首次成功实现了高氧化还原电位下的三价反应。  

  作者以Al(OTF)3-H2O溶液为电解液,通过原位电化学转化反应合成了具有层状和无定形结构的混合相AlxMnO2·nH2O,并以其作为阴极材料,与Al箔负极组装成可充铝离子电池。经电化学测试,电池的放电比容量高达467 mAh/g,能量密度为481 Wh/kg,是目前报道的水系可充电铝离子电池所能达到的最高值。
  为了验证反应机制,作者证实了Al3+的嵌入/脱出是该电化学反应的主导因素;AlxMnO2·nH2O的高放电容量是因为它具有离子插入的优良分层结构以及结晶水对Al3+ 与宿主阴离子之间的静电相互作用产生屏蔽作用。同时,水系电解质也有效缓解了从阴极材料脱出的Al3+所存在的缓慢动力学问题。


图1.AlxMnO2·nH2O的结构示意图
(图片来源:彩票注册_彩票最佳网投平台_彩票最新平台app-诚信第一 Nature Communications, 2019, 10 : 73

 

图2. Al /Al(OTF)3-H2O/ AlxMnO2·nH2O可充电电池的电化学性能
(图片来源:彩票注册_彩票最佳网投平台_彩票最新平台app-诚信第一 Nature Communications, 2019, 10 : 73

 

 


原文链接:

原文作者:

Chuan Wu, Sichen Gu, Qinghua Zhang, Ying Bai*, Matthew Li, Yifei Yuan, Huali Wang, Xinyu Liu, Yanxia Yuan, Na Zhu, Feng Wu, Hong Li, Lin Gu* and Jun Lu*

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