近日，深圳北理莫斯科大學(xué)材料科學(xué)系副教授谷思辰帶領(lǐng)其研究團(tuán)隊(duì)，在材料學(xué)科頂級(jí)期刊《Advanced Materials》上發(fā)表了一篇題為“Mixed Electrolyte Enabling Ultrafast Mass Transport and Compatibility with Polypropylene Separator for Stable and Low-Cost Aluminum Ion Battery（混合電解液實(shí)現(xiàn)超快離子傳輸與聚丙烯隔膜兼容的穩(wěn)定低成本鋁離子電池）”的研究論文?！禔dvanced Materials》2024年最新影響因子高達(dá)27.4，是材料領(lǐng)域公認(rèn)的頂尖期刊。

論文第一作者為谷思辰副教授指導(dǎo)的北京理工大學(xué)深北莫專(zhuān)項(xiàng)碩士研究生郭佳。通訊作者包括谷思辰副教授、南京大學(xué)深圳研究院郭少華教授以及北京理工大學(xué)吳川教授。深北莫材料科學(xué)系的聶萬(wàn)麗副教授，以及俄羅斯籍副教授Sergey Ryazantsev和Sergei Malyshev亦對(duì)文章做出了重要貢獻(xiàn)。本項(xiàng)研究通過(guò)引入氟苯稀釋劑優(yōu)化離子液體電解液，加快了液相離子傳輸速率，循環(huán)壽命突破7500小時(shí)，首次實(shí)現(xiàn)鋁離子電池與商用聚丙烯隔膜的兼容，使電池成本降低60%，為鋁離子電池規(guī)模化應(yīng)用奠定了關(guān)鍵材料基礎(chǔ)。

鋁離子電池因高容量（2980 mAh g-1）、低成本和高安全性，是下一代大規(guī)模儲(chǔ)能的理想選擇。然而，傳統(tǒng)離子液體電解液中離子速率擴(kuò)散慢，導(dǎo)致鋁沉積不均勻，容易引發(fā)短路等問(wèn)題；而且離子液體黏度大，只能匹配昂貴的玻璃纖維隔膜，導(dǎo)致鋁離子電池成本高昂，難以實(shí)用化。如何突破離子傳輸瓶頸并兼容低成本隔膜成為了制約鋁離子電池實(shí)用化的核心挑戰(zhàn)。本工作通過(guò)在離子液體中引入氟苯作為共溶劑，構(gòu)建了IL-FB（1:5）混合電解液體系。氟苯分子有效屏蔽了離子間強(qiáng)靜電作用，降低了電解液黏度，提升了離子擴(kuò)散速率和極限電流密度，實(shí)現(xiàn)了鋁的均勻沉積，極大提升了鋁負(fù)極的長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性。

使用復(fù)合電解液的Al||Al對(duì)稱(chēng)電池在8 mA cm-2 8 mAh cm-2的大電流密度和容量下可以循環(huán)7500小時(shí)以上，創(chuàng)下鋁負(fù)極性能記錄。界面表征結(jié)果顯示鋁表面會(huì)形成富含氟化鋁和離子分解產(chǎn)物的穩(wěn)定固體電解質(zhì)界面，抑制副反應(yīng)。由于表面張力下降，復(fù)合電解液對(duì)聚丙烯隔膜的浸潤(rùn)性極大提升，使得鋁離子電池可以與低成本的商用聚丙烯隔膜兼容，對(duì)比傳統(tǒng)玻璃纖維隔膜的鋁離子電池成本下降60%，為鋁離子電池走向?qū)嵱没峁┝岁P(guān)鍵技術(shù)支持。

文章鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202419865

谷思辰副教授簡(jiǎn)介：谷思辰，深圳北理莫斯科大學(xué)材料系副教授。2019年于北京理工大學(xué)獲得博士學(xué)位，2019年至2021年在清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院進(jìn)行博士后研究工作，以第一作者和通訊作者在Nature Communications，Energy & Environmental Science，Advanced Materials等期刊發(fā)表多篇研究型論文，包含ESI高被引論文兩篇。獲得國(guó)家自然科學(xué)基金，廣東省普通高校重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)ｍ?xiàng)，深圳市穩(wěn)定支持計(jì)劃等經(jīng)費(fèi)資助。研究方向?yàn)槎嚯娮芋w系電池、輕金屬負(fù)極電池。

研究團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介：新型電池材料研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，依托深北莫材料科學(xué)系和前沿交叉技術(shù)研究院建設(shè)成立，于2023年正式掛牌。實(shí)驗(yàn)室研究聚焦二次電池，具體包含新型多電子體系電池、輕金屬負(fù)極電池、固態(tài)電池、高能量密度鋰離子電池、鋅離子電池、鈉離子電池、納米材料與有機(jī)材料設(shè)計(jì)及其在電池中的應(yīng)用等。2024年，平臺(tái)申請(qǐng)獲得廣東省普通高校創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（自然科學(xué)）“能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)材料中俄聯(lián)合創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”。