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A stable and high-energy aqueous aluminum based battery
Chemical Science ( IF 7.6 ) Pub Date : 2022-07-28 , DOI: 10.1039/d2sc03455g Renqian Tao 1 , Caitian Gao 2 , Erqing Xie 1 , Bin Wang 3 , Bingan Lu 2
Chemical Science ( IF 7.6 ) Pub Date : 2022-07-28 , DOI: 10.1039/d2sc03455g Renqian Tao 1 , Caitian Gao 2 , Erqing Xie 1 , Bin Wang 3 , Bingan Lu 2
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Aqueous aluminum ion batteries (AAIBs) have received growing attention because of their low cost, safe operation, eco-friendliness, and high theoretical capacity. However, one of the biggest challenges for AAIBs is the poor reversibility due to the presence of an oxide layer and the accompanying hydrogen evolution reaction. Herein, we develop a strongly hydrolyzed/polymerized aluminum–iron hybrid electrolyte to improve the electrochemical behavior of AAIBs. On the one hand, the designed electrolyte enables aluminum ion intercalation/deintercalation on the cathode while stable deposition/stripping of aluminium occurs on the anode. On the other hand, the electrolyte contributes to the electrochemical energy storage through an iron redox reaction. These two reactions are parallel and coupled through an Fe–Al alloy on the anode, thus enhancing the reversibility and energy density of AAIBs. As a result, this hybrid-ion battery delivers a specific volumetric capacity of 35 A h L−1 at the current density of 1.0 mA cm−2, and remarkable stability with a capacity retention of 90% over 500 cycles. Furthermore, the hybrid-ion battery achieves a high energy density of approximately 42 W h L−1 with an average operating voltage of 1.1 V. This green electrolyte for high-energy AAIBs holds promises for large-scale energy storage applications.
中文翻译：
一种稳定的高能水性铝基电池
水系铝离子电池（AAIBs）因其成本低、操作安全、环保、理论容量高等优点而受到越来越多的关注。然而，AAIB 面临的最大挑战之一是由于氧化层的存在和伴随的析氢反应而导致的可逆性差。在此，我们开发了一种强水解/聚合的铝-铁混合电解质，以改善 AAIBs 的电化学行为。一方面，所设计的电解质使铝离子在阴极上嵌入/脱嵌，而铝在阳极上发生稳定的沉积/剥离。另一方面，电解质通过铁的氧化还原反应有助于电化学储能。这两个反应是平行的，并通过阳极上的 Fe-Al 合金耦合，从而提高 AAIBs 的可逆性和能量密度。因此，这种混合离子电池的比容量为 35 A h L-1在 1.0 mA cm -2的电流密度下，具有出色的稳定性，500 次循环后容量保持率为 90%。此外，混合离子电池实现了约 42 W h L -1的高能量密度，平均工作电压为 1.1 V。这种用于高能 AAIB 的绿色电解质有望用于大规模储能应用。
更新日期：2022-07-28
中文翻译：
一种稳定的高能水性铝基电池
水系铝离子电池（AAIBs）因其成本低、操作安全、环保、理论容量高等优点而受到越来越多的关注。然而，AAIB 面临的最大挑战之一是由于氧化层的存在和伴随的析氢反应而导致的可逆性差。在此，我们开发了一种强水解/聚合的铝-铁混合电解质，以改善 AAIBs 的电化学行为。一方面，所设计的电解质使铝离子在阴极上嵌入/脱嵌，而铝在阳极上发生稳定的沉积/剥离。另一方面，电解质通过铁的氧化还原反应有助于电化学储能。这两个反应是平行的，并通过阳极上的 Fe-Al 合金耦合，从而提高 AAIBs 的可逆性和能量密度。因此，这种混合离子电池的比容量为 35 A h L-1在 1.0 mA cm -2的电流密度下，具有出色的稳定性，500 次循环后容量保持率为 90%。此外，混合离子电池实现了约 42 W h L -1的高能量密度，平均工作电压为 1.1 V。这种用于高能 AAIB 的绿色电解质有望用于大规模储能应用。
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