低成本离子液体电解质在可充电铝电池的应用

2024-08-27 09:55:34 sh默尼 5

可充电铝(Al)电池具有理论容量高、成本低、Al丰度高、可燃性低等优点,有望成为锂离子电池的候选材料。除了各种正极材料外,对电解质的开发研究也是重中之重。在已开发的电解质材料中,由1-乙基-3-甲基咪唑氯(EMICl)AlCl3组成的离子液体因其具有高导电性、低熔点和高稳定性等优异性能而成为应用最广泛的候选材料。然而,EMICl的高成本阻碍了铝电池的大规模应用和商业化。出于经济角度,目前已经提出了几种廉价的化合物作为EMICl的替代品。尽管大多数低成本电解质的性能都不尽如人意,但其中不乏有佼佼者。譬如以盐酸三甲胺(Me3NHCl)或盐酸三乙胺(Et3NHCl)为阳离子组分的氯铝酸盐离子液体已被报道具有与EMICl-AlCl3电解质相当的电化学性能。


然而,这些叔烷基胺盐酸盐会持续性地产生刺鼻气味,挥发到周围环境中。基于此种弊端,研究者将目光转向了无味的叔烷基胺和仲烷基胺盐酸盐,也称为烷基氯化铵,研究其作为氯铝酸盐离子液体的阳离子组分的可行性。分子量较低的阳离子有可能减轻电解质的重量,从而提高电池的能量密度。因此研究者重点研究了低分子量的候选物质,如盐酸甲胺(MeNH3Cl)、盐酸乙胺(EtNH3Cl)和盐酸二甲胺(Me2NH2Cl)。不幸的是,这些盐与AlCl3的二元混合物在室温下不能完全液化。然而,通过混合多种阳离子组分可以降低液相温度。

基于此,日本京都大学Masao Miyake团队将伯胺和仲胺盐酸盐与AlCl3混合,制备了室温下呈液态的准三元电解质,并研究了由混合烷基胺盐酸盐(MACl)AlCl3组成的新型电解质的电化学性能。此外,还评估了含有该电解质的铝石墨电池的性能,并与普通电池进行了比较。研究了新型氯铝酸盐离子液体的电化学性能,在典型情况下,其电化学性能与EMICl-AlCl3电解质相当。考虑到其低成本和环保优势,EtNH3Cl-Me2NH2Cl-AlCl3电解质有望推动铝电池走向实际应用,并最终在可持续发展的社会中实现商业化。


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