Litiumjonbatterier (LIB) är den dominerande kraftkällan för bärbar elektronik och elfordon. Dock, den relativt låga teoretiska kapaciteten hos grafitanoden (372 mAh g ^-1 ) hindrar förbättringen av energitätheten hos LIB. Därför, Att utnyttja anodmaterial med hög kapacitet väcker ökad uppmärksamhet.

Bland olika anodmaterial, aluminium (Al) är en lovande kandidat på grund av sin utmärkta ledningsförmåga, hög teoretisk kapacitet, låg urladdningspotential, naturligt överflöd, och särskilt låg kostnad. Dock, Al-baserade anoder undersöks vanligtvis i halvceller eller helceller med låg katodarealdensitet ( <2 mg cm-2), vilket är långt ifrån ett praktiskt krav.

Nyligen, ett forskarlag ledd av prof. Tang Yongbing och dr. Zhang Miao vid Shenzhen Institutes of Advanced Technology (SIAT) vid den kinesiska vetenskapsakademin publicerade en artikel med titeln "Uniform Distribution of Alloying/Dealloying Stress for High Structural Stability of Al Anode in Litiumjonbatteri med hög arealdensitet" på Avancerade material , som visade hur forskarna förbättrade cykelprestandan för Al-baserade batterier med en katod med hög ytdensitet.

I tidigare studier har teamet utvecklade en ny litiumjonbatterikonfiguration med hög effektivitet och låg kostnad, som använde en integrerad design av aluminiumfolie för att ersätta grafitanoden och Cu-strömavtagaren för konventionella LIB:er, att utelämna konventionella anodmaterial. Således, dödvikt och dödvolym kan reduceras avsevärt, ytterligare förbättra energitätheten för detta batteri. Ändå, denna integrerade anod har också problem med cykelstabilitet när den är sammansatt med en katod med hög ytdensitet.

I det här arbetet, teamet fann att sprickbildning och pulverisering av Al-anoden kunde tillskrivas den ojämna laddnings-/urladdningsreaktionen längs gränserna för orörd Al, vilket ledde till spänningskoncentrationen och det slutliga felet i Al-anoden. De fann då att det var möjligt att förlänga livslängden för Al-anoden genom enhetlig fördelning av legerings-/avlegeringsspänningen.

Tang och hans medarbetare främjade en inaktiv (Cu) och aktiv (Al) sampositioneringsstrategi för att homogent fördela legeringsplatserna och sprida stressen från volymexpansion, vilket är fördelaktigt för att erhålla den strukturella stabiliteten hos Al-anoden (nämligen Cu-Al@Al).

På grund av den homogena reaktionen och enhetliga fördelningen av stress under laddnings-/urladdningsprocessen, hela batteriet av Cu-Al@Al monterat med en hög LiFePO ₄ katodens yttäthet på 7,4 mg cm-2 uppnådde en kapacitetsretention på ~88 % under 200 cykler, vilket är den bästa prestandan av Al-anoder i fulla batterier med en katod med så hög ytdensitet.

Studien tyder på att denna inaktiva/aktiva design ger ett hållbart sätt att lösa problemet med Al-anoder och erbjuder möjligheter för praktiska tillämpningar av Al-anoder.