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第一作者：陽旭

通訊作者：汪國秀，周棟，Doron Aurbach

通訊單位：悉尼科技大學(xué)，巴伊蘭大學(xué)，清華大學(xué)深圳國際研究生院

論文速覽

氯離子電池（CIBs）具有高能量密度和低成本等優(yōu)點，有望成為鋰離子電池（LIBs）的替代品。然而，由于缺乏陽極的兼容性電解質(zhì)，CIBs的發(fā)展受到了很大限制。本研究針對CIBs開發(fā)了一種新型的固態(tài)聚陽離子電解質(zhì)（SPE），以實現(xiàn)室溫下使用鋁（Al）金屬作為負極的電池系統(tǒng)。

本文中，SPE不僅提高了CIBs的穩(wěn)定性和安全性，還實現(xiàn)了高離子導(dǎo)電率（25 °C時為1.3×10^-2 S cm^-1），也有效抑制了Al負極上的枝晶生長和FeOCl正極的退化。Al|SPE|FeOCl? CIBs展示了高放電容量（基于正極約為250 mAh g^-1）和長使用壽命。本工作為開發(fā)低成本CIBs開辟了新途徑。

圖文導(dǎo)讀

圖1：SPE的設(shè)計和合成，包括其設(shè)計理念、共聚物化機制以及通過FTIR圖譜展示的前驅(qū)體和SPE的對比。

圖2：SPE的安全性測試，包括與液態(tài)ILE相比的固態(tài)SPE的圖片、燃燒測試、泄漏測試、空氣暴露下的峰值電流演變以及光學(xué)圖片。

圖3：SPE中的配位結(jié)構(gòu)。分子動力學(xué)（MD）模擬得到ILE和SPE的快照，Al-Al配位對和N-Cl配位對的RDF，ILE和SPE的Al^27?7NMR光譜，Al|SPE|Al電池的電流。

圖4：SPE與Al金屬負極之間的界面兼容性，包括CV曲線、倍率性能、電壓曲線、力-位移圖以及經(jīng)過100次循環(huán)后Al電極的SEM圖像。

圖5：Al基CIBs的電化學(xué)性能，不同電解質(zhì)的Al||FeOCl電池的典型充/放電曲線、循環(huán)性能、阻抗變化以及比較報道的非鋰金屬CIBs和Al離子電池（AIBs）的性能。

圖6：循環(huán)后FeOCl正極的表征，包括FeOCl正極在放/充電過程中的結(jié)構(gòu)演變的原位同步輻射粉末衍射（PD）分析、不同狀態(tài)下FeOCl電極的Fe 2p XPS峰、經(jīng)過3次循環(huán)后的FeOCl電極的TEM圖像以及ToF-SIMS強度分布的3D幾何結(jié)構(gòu)。

總結(jié)展望

本研究開發(fā)的固體聚陽離子電解質(zhì)（SPE）有效地解決了傳統(tǒng)電解質(zhì)系統(tǒng)（基于離子液體或非水溶液）所遇到的空氣敏感性和液體泄漏的危害問題。通過分子動力學(xué)模擬和實驗表征，強調(diào)了SPE內(nèi)部經(jīng)過特殊設(shè)計的配位結(jié)構(gòu)，不僅提高了離子導(dǎo)電率（25 °C時為1.3×10^-2S cm^-1）和電荷載流子的陰離子遷移數(shù)，而且還在電極與SPE之間形成了兼容的界面，有效避免了電極在循環(huán)過程中的退化（即阻止了Al負極上的枝晶沉積和FeOCl正極的退化）。

因此，所開發(fā)的Al|SPE|FeOCl CIBs展現(xiàn)出了高放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性。鑒于其低成本、高能量密度、長循環(huán)壽命和材料的豐富性，Al基CIBs池有潛力應(yīng)用于電網(wǎng)規(guī)模的能量存儲。

文獻信息

標(biāo)題：Design of Solid Polycationic Electrolyte to Enable Durable Chloride-Ion Batteries

期刊：Angewandte Chemie International Edition

DOI：10.1002/anie.202405750

原創(chuàng)文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/04/27/785da8751d/

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