低成本高安全熔盐电解质可充电可回收新型铝硫电池
大规模的电化学储能技术是构建智能电网的核心要素，对提高可再生能源利用效率，提升电网稳定性，推动能源生产和利用方式的变革具有重要的战略意义；也是实现国家双碳目标的重要途经之一。电化学储能相比常见的抽水储能方式效率更高，且高灵活性、对地域空间要求低、可模块化，具有广阔的发展前景。目前，使用可燃有机电解质的锂离子电池以其较高的能量密度在电化学储能技术中占据主导地位。然而，高昂的成本、有限的锂资源和安全问题极大地限制了其大规模储能应用。可充电铝电池由于铝负极低成本、高地壳元素含量、高比容量的特点，被认为是锂离子电池之外的一种极具实际应用前景的电池。
目前，已报道的铝电池体系通常使用离子液体电解液，基于Al3+嵌入/转化反应通常由于Al3+离子的极化能力强，其离子扩散能垒和脱溶剂化断键势垒较高，导致了电池反应动力学缓慢、充放电电压极化大、充放电倍率性能差、循环寿命短等缺点,极大降低电池的能量效率。另外，石墨基材料基于AlCl4–嵌入已被证明具有高倍率特性，但其有限的可逆容量导致电池整体能量密度较低。
北京大学庞全全研究员联合麻省理工学院、滑铁卢大学、武汉理工大学、阿贡国家实验室等单位首次报道了一种高安全不可燃、超低材料成本、可实现快充的熔融盐铝电池。通过使用一种低熔点的无机氯化物熔融电解质，成功替代当前普遍使用的离子液体，实现铝电池的高倍率运行、低电压极化及高能量效率；同时熔融盐电解质的热稳定性高，不可燃，使得电池体系具有高安全性，解决了大规模集成系统安全性方面的疑虑。
另外，该电池体系使用元素丰富的硫作为正极，在较低的温度110 °C下运行，表现出了高比容量及超快充特性。作者发现，由NaCl-KCl-AlCl3组成的熔盐电解质包含有多种长链的AlnCl3n+1–组分，如Al2Cl7–，Al3Cl10–和Al4Cl13–，其Al-Cl-Al键易断裂，提供了高Al3+脱溶剂化动力学，大大提高了法拉第交换电流，这是电池快速充电的根本原因。作者证明了铝和硫族单质间的多步转换途径，电池在超高充电倍率下持续数百次循环。
该工作成果近日以“Fast-charging aluminium-chalcogen batteries resistant to dendritic shorting”为题发表在《Nature》上。
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