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電解質對于水系鋁離子電池(AAIBs)非常重要。然而，鋁金屬負極通常電鍍/剝離可逆性較差，導致使用傳統鋁離子電解液時庫侖效率(CE)較低且循環穩定性較差。

在此，蘭州大學謝二慶教授&湖南大學魯兵安教授、Caitian Gao團隊提出一種以聚乙二醇(PEG)為溶劑化鋁離子主骨架的新型水系鋁離子電解質，命名為PEG-Al@H。值得注意的是，在恒電流充電過程中，通過PEG的聚合，在鋁金屬表面上產生了鋁電解質界面(AEI)。

事實證明，AEI作為保護層，有效減輕了水系電解液中快速動力學引起的副反應，防止鋁金屬負極深度腐蝕。此外，PEG破壞了電解質中溶劑的氫鍵，延長了AAIB的工作溫度。

圖1. KMF||PEG-Al@H||Al全電池的電化學性能及性能

總之，本文通過在水性酸性電解質中添加PEG來設計半水凝膠電解質(PEG-Al@H)。在充電過程中，PEG促進了鋁負極上鋁電解液界面(AEI)的發展。首先，AEI作為保護層，有效減輕快速動力學反應引起的副反應，防止鋁負極深度腐蝕。由于PEG會破壞溶劑的氫鍵，因此會影響電解質的凝固點。

結果顯示，KMF||PEG10-Al@H||Al全電池在500 mA g^-1下實現20000次超長循環，平均庫侖效率超過95%。

此外，KMF||PEG10-Al@H||Al可以在零下溫度下運行超過5500次循環，在1000 mA g^-1的電流密度下容量保持率為87.2%。低溫軟包電池還實現了16 mAh 的高容量，并在-5℃下運行了30多個循環。本工作為水系鋁離子電池體系的未來應用提供了新的思路。

圖2. 軟包電池的零下溫度測試

Tailoring Interface to Boost the High-Performance Aqueous Al Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202303072

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