鋁金屬作為地殼中含量最豐富的金屬元素,具有低成本,高比容量以及高安全性的優(yōu)勢,可充電鋁金屬電池被認為是最有前途的下一代電池候選者之一。然而,金屬鋁負極在沉積/溶解過程中較差的可逆性以及嚴重的枝晶生長。此外,目前鋁離子電池研究中普遍使用嚴重過量的Al金屬作為負極,這大大降低了鋁電池在實際應(yīng)用中的能量密度。因此,尋求實用有效的方法提高鋁負極的可逆性和利用率是非常重要的。在此,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳維教授課題組與李震宇教授團隊提出了一種通過構(gòu)建晶格匹配層(LML)來調(diào)控Al沉積/溶解行為的策略。通過各種實驗和理論計算證明LML(以金為例)可以顯著提高成核密度并降低平均粒徑,從而獲得高可逆、無枝晶、耐用和無負極的鋁電極。圖1. 對鋁在不同基底上的DFT計算結(jié)果顯示,金屬Al在Au@Ti基體上的穩(wěn)定沉積/溶解時間超過4500 h,平均庫侖效率為99.92%,為歷史最高報道值。此外,基于Au@Ti負極和膨脹石墨正極的無負極全電池在900次循環(huán)中表現(xiàn)出優(yōu)異的長期穩(wěn)定性,容量保持率為80%。該研究為提高鋁負極的可逆性和利用率提供了有效的策略,為先進鋁電池的發(fā)展提供了啟示。圖2. 基于膨脹石墨正極與不同基底組成的無負極的全電池電化學(xué)性能測試Anode-Free Aluminum Electrode with Ultralong Cycle Life and High Coulombic Efficiency Exceeding 99.92% Enabled by a Lattice-Matching Layer, Advanced Energy Materials? 2023 DOI:?10.1002/aenm.202301322