鋁石墨烯電池以其豐富的原材料、高功率密度、超長(zhǎng)循環(huán)壽命和優(yōu)越的安全性而備受期待。然而，目前鋁石墨烯電池的發(fā)展受到其正極容量不足的限制，因此需要開(kāi)發(fā)新的工作機(jī)制。另外，在循環(huán)期間總是觀察到正極容量不規(guī)則的恒定增加，但是基于當(dāng)前的理解不能解釋。在這里，我們觀察到，在使用AlCl
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3NHCl電解質(zhì)下，Al-石墨烯電池在7000個(gè)循環(huán)周期下，比容量提高了60％，庫(kù)侖效率穩(wěn)定在98％。我們證明了這種不斷增長(zhǎng)的正極容量歸因于循環(huán)過(guò)程中電容電荷存儲(chǔ)的增加，因?yàn)殡S著周期性插層過(guò)程中石墨正極的剝落，作為電容性活性位點(diǎn)的表面積逐漸增大。此外，與基于1-乙基-3-甲基咪唑鎓氯化物的電解質(zhì)相比，在AlCl
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3NHCl中石墨烯的正極剝離更明顯，這是由于AlCl
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3NHCl中較大的嵌入劑對(duì)石墨烯層施加的應(yīng)力更大。因此，在充電過(guò)程中應(yīng)該會(huì)發(fā)生陽(yáng)離子與AlCl
4-簇的常見(jiàn)嵌入。這一新提出的機(jī)制可以為鋁離子電池大容量正極在未來(lái)的設(shè)計(jì)中提供新思路。
Figure 1. （a）由鎳集流體、石墨烯織物正極和Et-1.5電解質(zhì)制成的電池和（b）由石墨烯織物正極和Emi-1.5組裝而成的電池的恒電流循環(huán)。（c）和（d）是它們?cè)诓煌芷谙碌牡湫秃汶娏髑€。
Figure 2. 在（a）0–2.5 V和（b）0–1.6 V的掃描電壓范圍內(nèi)的循環(huán)伏安圖（CV）曲線
Figure 3. 在（a）120 mAh g
-1的正常狀態(tài)和（b）170 mAh g
-1的異常狀態(tài)下，Al-G電池的CV曲線。（c）（a）和（b）中對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系。（d）在（a）A和（b）B狀態(tài)下的電容（紅色）和擴(kuò)散控制（藍(lán)色）貢獻(xiàn)。
相關(guān)研究成果于2020年由浙江大學(xué)Hao Chen和Chao Gao課題組，發(fā)表在Journal of Energy Chemistry（2020, 45, 40–44）上。原文：Capacitive charge storage enables an ultrahigh cathode capacity in aluminum-graphene battery。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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