祝贺魏满晖关于利用F-的竞争性攻击去分解水凝胶基铝-空气电池的寄生产物Al(OH)3的研究在EnSM《Energy Storage Materials》期刊发表

研 究 背 景

柔性电子的蓬勃发展引起了可穿戴储能系统的重大变革。与目前流行的锂离子电池相比，水凝胶金属-空气电池在保证运行稳定性的同时能够满足柔性电子产品的能源需求，显示出无限的潜力。铝基阳极材料以其密度低(锌的38%)、延展性强(优于锂和锌)、容量高(锌的3.63倍)、单位体积能量密度高(锂的3.08倍)等优点进入公众视野。因此，水凝胶基铝-空气电池在未来的商业地位有望与锂和锌-空气电池相媲美。

阳极寄生反应被认为是水凝胶基铝-空气电池中一个臭名昭著的问题。一方面，界面释放出大量的氢气，大大降低了铝阳极的电化学能量转换效率。另一方面，以Al(OH)₃为主的非导电钝化层的积累可以随时中断电池放电，这是水凝胶基铝-空气电池中最致命的问题。因此，为避免Al(OH)₃层在铝表面的快速积累，丰富副产物分解技术的发展，从实验和理论两方面设计可穿戴铝-空气电池的自清洁水凝胶膜电解质则成了当务之急。

文 章 简 介

近日，来自北京理工大学的王克亮副教授，在国际知名期刊Energy Storage Materials上发表题为“F^- competitive attack decomposing parasitic product Al(OH)₃ of hydrogel-based Al-air battery”的文章。

在这篇文章中，作者们创新地设计了一种含有功能性F^-的碱性聚丙烯酸水凝胶(F@PAA)，并将其制备为可穿戴铝-空气电池的候选电解质。该研究的目的是利用F^-与O^2-竞争并抢夺Al³⁺，从而分解寄生产物Al(OH)₃并清洁阳极表面的离子传输通道。据我们所知，以前没有类似的研究被报道。性能评估表明，加入1.0 M F^-，PAA水凝胶在10 mA/cm²下的电池容量为2199.10 mAh/g，比允许Al(OH)₃肆意积累时提高了104.08%。通过对水凝胶和电池的电化学测量，以证明电子传递的界面性质。密度泛函理论计算，进一步揭示了界面能演化的机理。Al(OH)₃分解后的表面微观结构和界面沉积特性被分析，验证了竞争性攻击反应的内涵。最后展示了电池的间歇放电和实际应用，突出了F@PAA水凝胶膜电解质在提高电池耐久性方面的优越性和取得的技术突破。

图1. F@PAA水凝胶电解质的制备、物化性质及分解寄生产物Al(OH)₃的原理。

文 章 链 接

F− competitive attack decomposing parasitic product Al(OH)₃ of hydrogel-based Al-air battery

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.102812