提高電極的面負(fù)載是提高器件能量密度和促進(jìn)鋁電池商業(yè)化的前提。然而，大面積負(fù)載將不可避免地增加單位面積的鋁沉積量，這會(huì)加劇枝晶生長(zhǎng)，嚴(yán)重影響器件的安全性和穩(wěn)定性。

圖1 傳統(tǒng)鋁負(fù)極的電沉積模式分析

西安交通大學(xué)熊禮龍、杜顯鋒等報(bào)告了一種新型的鋁電池負(fù)極，它不僅增加了電極的有效活性面積，而且形成了一個(gè)穩(wěn)定的電極/電解質(zhì)界面，以誘導(dǎo)鋁的均勻電沉積。

這些特征源于P-Al₂O₃/Al電極的四個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）均勻化電流密度分布；（2）重新分配離子濃度梯度；（3）限制鋁在微孔中的生長(zhǎng)；（4）大的比表面積提供充分的電解液接觸。

圖2 材料制備及表征

受益于上述優(yōu)勢(shì)，這樣的負(fù)極在5 mAh-cm^-2的大面積比容量下可以保持穩(wěn)定的循環(huán)超過(guò)1400小時(shí)。當(dāng)與高電流密度（10 mA-cm^-2）相配時(shí)，受保護(hù)的負(fù)極在2900次循環(huán)中也顯示出優(yōu)異的電池穩(wěn)定性。

此外，采用P-Al₂O₃/Al負(fù)極的480 mAh的軟包電池在0.5V至2.5V的電壓下可以保持170 Wh-kg^-1的能量密度和90%的能量效率（根據(jù)正極活性成分計(jì)算），這意味著電池的放大不會(huì)降低鋁電池的性能。該策略和方法對(duì)于組裝具有高能量密度和高循環(huán)穩(wěn)定性的鋁電池具有重要的實(shí)際意義。

圖3 鋁電池電化學(xué)性能

Space Limited Growth Strategy for Ultra-high Areal Capacity Rechargeable Aluminum Batteries. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102826