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Architecting a Stable High-Energy Aqueous Al-Ion Battery
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2020-08-11 , DOI: 10.1021/jacs.0c05054 Chunshuang Yan 1, 2 , Chade Lv 2 , Liguang Wang 3 , Wei Cui 4 , Leyuan Zhang 5 , Khang Ngoc Dinh 2 , Huiteng Tan 1, 2 , Chen Wu 2 , Tianpin Wu 3 , Yang Ren 3 , Jieqiong Chen 2 , Zheng Liu 2 , Madhavi Srinivasan 2 , Xianhong Rui 1 , Qingyu Yan 2 , Guihua Yu 5
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2020-08-11 , DOI: 10.1021/jacs.0c05054 Chunshuang Yan 1, 2 , Chade Lv 2 , Liguang Wang 3 , Wei Cui 4 , Leyuan Zhang 5 , Khang Ngoc Dinh 2 , Huiteng Tan 1, 2 , Chen Wu 2 , Tianpin Wu 3 , Yang Ren 3 , Jieqiong Chen 2 , Zheng Liu 2 , Madhavi Srinivasan 2 , Xianhong Rui 1 , Qingyu Yan 2 , Guihua Yu 5
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Aqueous Al-ion batteries (AAIBs) are the subject of great interest due to the inherent safety and high theoretical capacity of aluminum. The high abundancy and easy accessibility of aluminum raw materials further make AAIBs appealing for grid-scale energy storage. However, the passivating oxide film formation and hydrogen side reactions at the aluminum anode, as well as limited availability of cathode lead to low discharge voltage and poor cycling stability. Here, we pro-posed a new AAIB system consisting of AlxMnO2 cathode, zinc substrate supported Zn-Al alloy anode and an Al(OTF)3 aqueous electrolyte. Through the in-situ electrochemical activation of MnO, the cathode was synthesized to incorporate a two-electron reaction, thus enabling its highest theoretical capacity (755 mAh g-1) among all manganese oxides. The an-ode was realized by a simple deposition process of Al3+ onto Zn foil substrate. The featured alloy interface layer can effec-tively alleviate the passivation and suppress the dendrite growth, ensuring ultralong-term stable aluminum strip-ping/plating. The architected cell delivers a record-high discharge voltage plateau near 1.6 V and specific capacity of 460 mAh g-1 for over 80 cycles. This work provides new opportunities for the development of high-performance and low-cost AAIBs for practical applications.
中文翻译：
构建稳定的高能水铝离子电池
由于铝的固有安全性和高理论容量，水性铝离子电池 (AAIB) 是备受关注的主题。铝原材料的丰富性和易获取性进一步使 AAIBs 对电网规模的储能具有吸引力。然而，铝阳极钝化氧化膜的形成和氢副反应以及阴极的有限可用性导致低放电电压和较差的循环稳定性。在这里，我们提出了一种新的 AAIB 系统，该系统由 AlxMnO2 阴极、锌基板支撑的 Zn-Al 合金阳极和 Al(OTF)3 水性电解质组成。通过 MnO 的原位电化学活化，阴极被合成为包含双电子反应，从而使其在所有锰氧化物中具有最高的理论容量（755 mAh g-1）。阳极是通过简单的 Al3+ 沉积工艺在 Zn 箔基板上实现的。特色合金界面层可有效缓解钝化，抑制枝晶生长，确保铝的超长期稳定剥镀/镀层。这种结构化的电池在超过 80 次循环后可提供接近 1.6 V 的创纪录高放电电压平台和 460 mAh g-1 的比容量。这项工作为开发用于实际应用的高性能和低成本 AAIB 提供了新的机会。6 V 和 460 mAh g-1 的比容量超过 80 次循环。这项工作为开发用于实际应用的高性能和低成本 AAIB 提供了新的机会。6 V 和 460 mAh g-1 的比容量超过 80 次循环。这项工作为开发用于实际应用的高性能和低成本 AAIB 提供了新的机会。
更新日期：2020-08-11
中文翻译：
构建稳定的高能水铝离子电池
由于铝的固有安全性和高理论容量，水性铝离子电池 (AAIB) 是备受关注的主题。铝原材料的丰富性和易获取性进一步使 AAIBs 对电网规模的储能具有吸引力。然而，铝阳极钝化氧化膜的形成和氢副反应以及阴极的有限可用性导致低放电电压和较差的循环稳定性。在这里，我们提出了一种新的 AAIB 系统，该系统由 AlxMnO2 阴极、锌基板支撑的 Zn-Al 合金阳极和 Al(OTF)3 水性电解质组成。通过 MnO 的原位电化学活化，阴极被合成为包含双电子反应，从而使其在所有锰氧化物中具有最高的理论容量（755 mAh g-1）。阳极是通过简单的 Al3+ 沉积工艺在 Zn 箔基板上实现的。特色合金界面层可有效缓解钝化，抑制枝晶生长，确保铝的超长期稳定剥镀/镀层。这种结构化的电池在超过 80 次循环后可提供接近 1.6 V 的创纪录高放电电压平台和 460 mAh g-1 的比容量。这项工作为开发用于实际应用的高性能和低成本 AAIB 提供了新的机会。6 V 和 460 mAh g-1 的比容量超过 80 次循环。这项工作为开发用于实际应用的高性能和低成本 AAIB 提供了新的机会。6 V 和 460 mAh g-1 的比容量超过 80 次循环。这项工作为开发用于实际应用的高性能和低成本 AAIB 提供了新的机会。
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