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頂刊動態(tài)丨鋁離子電池的最新進(jìn)展，齊魯工大徐小龍博士在國際學(xué)術(shù)期刊CEJ發(fā)表研究成果

來源：科學(xué)10分鐘時間：2022-05-15 21:47:04 瀏覽：5088次

文章背景

用于電化學(xué)儲能的鋁離子電池（AIBs）具有相對較高的理論比容量、重量輕、零污染、安全、價格低廉和資源豐富等優(yōu)點，因此是相對較新的研究熱點。特別是3電子氧化還原反應(yīng)使得AIBs具有實現(xiàn)超快充放電速度的潛力，成為高功率密度可充電電池的最有希望的候選者。

成果簡介

近期齊魯工業(yè)大學(xué)徐小龍博士與東安格利亞大學(xué)（University of East Anglia）Kwan San Hui（許冠山）博士、澳門大學(xué)Kwun Nam Hui（許冠南）博士、青島新正鋰業(yè)有限公司董事長孫玉城博士（泰山學(xué)者海外特聘專家）合作在學(xué)術(shù)期刊《Chemical Engineering Journal》（IF=10.652）上發(fā)表評述論文《Engineering Strategies for Low-Cost and High-Power Density Aluminum-Ion Batteries》，齊魯工業(yè)大學(xué)沈建興教授和周國偉教授等也參與了文章的撰寫與發(fā)表。

文章總結(jié)了AIBs的最新進(jìn)展以及相應(yīng)的機(jī)遇，挑戰(zhàn)和潛在的研究方向（圖1）。介紹了AIBs的原理，包括鋁的性質(zhì)，電化學(xué)反應(yīng)和組成部件。基于電化學(xué)反應(yīng)和部件，從不同角度梳理了AIBs的挑戰(zhàn)和前景，包括陽極的設(shè)計和保護(hù)，電解質(zhì)的開發(fā)和改性以及陰極材料的選擇和制備。根據(jù)AIBs和現(xiàn)有電極材料的要求，全面討論如何獲得高性能的綠色低成本正極材料。

圖1 鋁離子電池的機(jī)遇，挑戰(zhàn)和潛在研究方向。

鋁離子電池正極、電解液和負(fù)極對應(yīng)的三大挑戰(zhàn)如圖2所示。包括大規(guī)模、低成本正極材料的制備、廉價新型電解液的研發(fā)和負(fù)極枝晶和腐蝕問題的解決。

圖2 鋁空氣電池的挑戰(zhàn)。

目前常見的幾種鋁空氣電池正極材料綜合比較如圖3所示。比較了碳、過渡金屬化合物和復(fù)合材料正極的成本、能量密度、功率密度、環(huán)境友好性和循環(huán)穩(wěn)定性，確定碳材料最具應(yīng)用潛力。

圖3 碳、過渡金屬化合物和復(fù)合材料正極的特征比較。

最具應(yīng)用潛力的碳材料中，比較了金屬有機(jī)骨架碳、聚合物碳和可持續(xù)碳的成本、能量密度、功率密度、環(huán)境友好性和循環(huán)穩(wěn)定性，突出了可持續(xù)性碳材料的優(yōu)勢（圖4）。

圖4 金屬有機(jī)骨架碳、聚合物碳和可持續(xù)碳的特征比較。

根據(jù)電網(wǎng)儲能、電子設(shè)備和電動汽車的應(yīng)用需求，展望了鋁離子電池的設(shè)計和裝配（圖5）。生物碳材料、多孔負(fù)極和混合離子電池可能是將來鋁離子電池研究的重點。

圖5 實際應(yīng)用高性能AIBs的設(shè)計和裝配。

作者介紹

作者信息：論文第一作者（第一通訊作者）徐小龍博士

徐小龍博士畢業(yè)于北京工業(yè)大學(xué)，師承于汪浩教授；現(xiàn)為齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）材料科學(xué)與工程學(xué)院直聘副教授，F(xiàn)rontiers in Materials期刊審稿編輯。理論研究方面：從事于電化學(xué)儲能材料和器件的研究，主要包括金屬有機(jī)框架、電池材料、碳材料、金屬空氣電池、金屬離子電池和鉛酸電池等；應(yīng)用研究方面：從事于商業(yè)化磷酸鐵鋰正極材料的改性、廢舊鋰離子電池回收處理和鉛酸電池負(fù)極改性等研究。在Materials Horizons、Nano-Micro Letters、Chemical Engineering Journal、Journal of Cleaner Production、Journal of Energy Chemistry等國際期刊發(fā)表論文30余篇，H因子為11。

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