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頂刊動態丨鋁離子電池的最新進展，齊魯工大徐小龍博士在國際學術期刊CEJ發表研究成果

來源：科學10分鐘時間：2022-05-15 21:47:04 瀏覽：6106次

文章背景

用于電化學儲能的鋁離子電池（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電子氧化還原反應使得AIBs具有實現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

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

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

圖1 鋁離子電池的機遇，挑戰和潛在研究方向。

鋁離子電池正極、電解液和負極對應的三大挑戰如圖2所示。包括大規模、低成本正極材料的制備、廉價新型電解液的研發和負極枝晶和腐蝕問題的解決。

圖2 鋁空氣電池的挑戰。

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合材料正極的成本、能量密度、功率密度、環境友好性和循環穩定性，確定碳材料最具應用潛力。

圖3 碳、過渡金屬化合物和復合材料正極的特征比較。

最具應用潛力的碳材料中，比較了金屬有機骨架碳、聚合物碳和可持續碳的成本、能量密度、功率密度、環境友好性和循環穩定性，突出了可持續性碳材料的優勢（圖4）。

圖4 金屬有機骨架碳、聚合物碳和可持續碳的特征比較。

根據電網儲能、電子設備和電動汽車的應用需求，展望了鋁離子電池的設計和裝配（圖5）。生物碳材料、多孔負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 實際應用高性能AIBs的設計和裝配。

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

徐小龍博士畢業于北京工業大學，師承于汪浩教授；現為齊魯工業大學（山東省科學院）材料科學與工程學院直聘副教授，Frontiers in Materials期刊審稿編輯。理論研究方面：從事于電化學儲能材料和器件的研究，主要包括金屬有機框架、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；應用研究方面：從事于商業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等國際期刊發表論文30余篇，H因子為11。

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