浙江大学高超教授团队：低成本膨胀石墨正极提高铝离子电池的倍率性能

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视频 1：12 mAh铝离子电池组驱动模型车跑100米的验证视频

铝离子电池具有负极容量高、安全性好、资源丰富等优点，在未来的大规模储能和高功率供能等领域有非常好的应用前景。目前铝离子电池主要采用层状结构的碳材料（石墨烯、石墨）作为铝离子电池正极，具有较高的输出电压、优异的快充和循环稳定性。然而铝离子电池的石墨烯基正极容量仍有很大的提升空间，进一步深入探讨碳材料正极的储能机制有益于合理设计铝离子电池正极。

浙江大学高超教授团队在前期工作的基础上，用高温化膨胀石墨做正极，铝箔做负极，团队自主研发的三乙胺基铝离子液体作为电解液，进一步开发了一种低成本高倍率的铝离子电池体系：1 Ag⁻¹（~10C）电流密度下，铝离子电池正极容量平均为110 mAh g⁻¹，稳定循环18 000次；在5A g⁻¹（~50C，快充72秒）电流密度下，铝离子电池正极容量100 mAh g⁻¹，可稳定循环27 500次。

图 1：铝离子电池组驱动的模型车，正极材料5A g⁻¹的循环性能图

本研究通过满电态（2.54V）铝离子电池的正极材料的EDS和XRD表征（图2），进一步提出了AlCl₄⁻沉积对具有较高比表面积的膨胀石墨正极材料容量的贡献,完善了现有的AlCl₄⁻插层机理。经过高温石墨化处理的膨胀石墨正极材料，微观石墨片层更完整，石墨片层边缘出现融合位，有利于AlCl₄⁻沉积，从而提高铝离子电池容量并改善其倍率性能。

图 2：满电态（2.54V）铝离子电池正极材料的EDS和XRD图

上述工作以“A graphitized expanded graphite cathode for aluminum-ion battery with excellent rate capability”为题发表在Journal of Energy Chemistry上，纳高团队博士后董晓忠为第一作者(目前就职于太原工业学院材料工程系)。该论文得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等相关经费的资助。

团队前期工作包括：铝离子电池石墨烯正极的“无缺陷”设计原则（Adv. Mater. 2016, 29, 1605958），“三高三连续”设计原则（Sci. Adv. 2017, 3, eaao7233），铝枝晶现象及其抑制机理（ACS Appl. Mater. & Inter., 2017, 9, 22628），低成本铝离子电池体系（Carbon, 2019, 148: 134-140）。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S209549562100406X

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