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陳維/李震宇AEM：晶格匹配層實現超長循環壽命和超過99.92%高庫侖效率的無負極鋁電極

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，中國科學技術大學陳維教授課題組與李震宇教授團隊提出了一種通過構建晶格匹配層(LML)來調控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

結果顯示，金屬Al在Au@Ti基體上的穩定沉積/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次循環中表現出優異的長期穩定性，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

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