铝盐电解质添加剂通过阴离子插层/脱嵌实现超低温高压锌镍金属电池

本文创新性地采用铝盐（AlCl3/Al(ClO4)3）作为电解质添加剂，通过阴离子（Cl?/ClO4?）在正极的高效插层/脱嵌（insertion/extraction）与Al3+在金属负极的低结合能（-9.12 eV）协同作用，显著提升锌/镍金属电池在-50°C极端环境下的氧化还原动力学性能（redox kinetics），放电比容量达118.5 mAh g?1且库伦效率（CE）保持96.9%。

　　

亮点

相比二价金属阳离子，三价Al³⁺具有更高的水解常数（~1.3×10^?5）和更强的质子解离能力，为低温储能器件提供了新机遇。本研究创新性地利用铝盐电解质的阴/阳离子协同优势：XPS和原位拉曼光谱（in-situ Raman）证实阴离子（Cl^?/ClO₄^?）可在正极实现高效插层/脱嵌，显著提升金属电池氧化还原动力学；同时Al³⁺凭借与水分子-9.12 eV的低结合能，在Zn/Ni表面实现优异的沉积/剥离可逆性。

阴离子存储机制

通过三电极体系测试发现，2 m Al(ClO₄)₃、2 m Al(OTf)₃和2 m Al₂(SO₄)₃电解质在聚苯胺（PANI）正极中仅Cl^?/ClO₄^?能实现有效电荷存储。这种选择性源于阴离子尺寸与电极材料晶格间距的匹配性，其中ClO₄^?因四面体构型更易嵌入层状结构。

结论

铝盐添加剂策略突破了Al³⁺高电荷密度的限制，使锌/镍电池在-30°C静置550小时后仍保持1.28 V/0.55 V开路电压（OCV），-50°C循环2400次后放电比容量达118.5 mAh g^?1。该设计为极端环境储能器件开发提供了新范式。