氯離子電池是一種新型的可充電電池系統(tǒng)，其運行原理類似于鋰離子電池，其中氯離子作為載流子在電極之間穿梭。氯離子電池具有高達約1100 Wh kg?1和2500 Wh L?1的理論能量密度。得益于氯元素的豐富性，氯離子電池也具有較大的成本優(yōu)勢，因此在電化學儲能領(lǐng)域有較大的應用前景。
然而，大多數(shù)已報道的氯離子電池只能使用昂貴的鋰金屬作為負極。因此，設(shè)計新的電解質(zhì)以支持低成本和兼容的負極材料仍然是氯離子電池發(fā)展的主要挑戰(zhàn)。鋁在地殼中的存量豐富、分布廣泛；同時鋁金屬的電位相對較低和體積比容量較高，是一種理想負極材料。將鋁金屬負極與氧氯化鐵正極匹配有望構(gòu)建高性能和低成本氯離子電池。
近日，悉尼科技大學汪國秀教授、巴伊蘭大學Doron Aurbach教授和清華大學深圳研究生院周棟助理教授（共同通訊）合作，報道了一種合理設(shè)計的聚陽離子固態(tài)電解質(zhì)，首次實現(xiàn)了低成本鋁金屬負極在室溫氯離子電池中的應用。
通過將1-烯丙基-3-甲基咪唑陽離子原位熱聚合制備了這種聚陽離子固態(tài)電解質(zhì)。與離子液體電解質(zhì)相比，這種聚陽離子固態(tài)電解質(zhì)表現(xiàn)出增強的空氣穩(wěn)定性、不可燃和無泄漏等特性。 理論模擬和譜學表征證明，這種聚陽離子固態(tài)電解質(zhì)中的離子配位結(jié)構(gòu)得到了有效改善，不僅能提高離子電導率和作為載流子的陰離子的離子遷移數(shù)，而且還形成了穩(wěn)定的電極|電解質(zhì)界面，抑制了鋁金屬負極的枝晶生長和氧氯化鐵正極的分解，從而顯著增強了電極反應的可逆性。 得益于這種聚陽離子固態(tài)電解質(zhì)，這種低成本的氯離子電池具有較高的比容量和較長的循環(huán)壽命。該工作為開發(fā)高能量、長壽命和低成本的氯離子電池提供了一個有前景的方向。 論文信息 Design of Solid Polycationic Electrolyte to Enable Durable Chloride-Ion Batteries Xu Yang, Zhiqiang Fu, Ran Han, Yaojie Lei, Shijian Wang, Xin Zhao, Yuefeng Meng, Hao Liu, Dong Zhou, Doron Aurbach, Guoxiu Wang 文章的第一作者是悉尼科技大學的博士研究生陽旭。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202405750
