【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】鋁離子電池(AIBs)因鋁金屬儲量豐富、成本低廉且具有極高的理論體積比容量(8046 mAh cm−3)和質(zhì)量比容量(2981 mAh g−1)，被認為在大規(guī)模儲能領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。然而，純鋁負極面臨著極其嚴峻的挑戰(zhàn)：一方面，天然鈍化層中存在的缺陷會導(dǎo)致局部電荷分布不均，進而引發(fā)不均勻的離子通量和嚴重的枝晶生長；另一方面，沉積的鋁金屬顆粒間形成的電子滲流網(wǎng)絡(luò)非常脆弱，且與基體之間缺乏強機械結(jié)合力，導(dǎo)致在循環(huán)過程中極易發(fā)生結(jié)構(gòu)坍塌和剝落，產(chǎn)生大量“死鋁”，嚴重阻礙了鋁離子電池的長期循環(huán)穩(wěn)定性。
 

　　近日，西安交通大學(xué)材料學(xué)院金屬材料強度全國重點實驗室微納中心薛偉江與金屬基復(fù)合材料全國重點實驗室、上海交通大學(xué)材料學(xué)院張荻院士團隊李堯、韓雪、譚占秋聯(lián)合在國際著名能源材料雜志《先進能源材料》(Advanced Energy Materials)上發(fā)表題為“一種仿生構(gòu)型的碳納米管增強鋁離子電池負極”(A Bioinspired CNTs-Enhanced Anode for Ultra-Stable Aluminum-Ion Batteries)的研究成果。該研究借助仿生構(gòu)型設(shè)計，打破了鋁金屬極片界電化學(xué)與機械穩(wěn)定性難以兼顧的僵局，提出了一種通過3D碳納米管網(wǎng)絡(luò)“自適應(yīng)”調(diào)節(jié)電極界面的新思路。
 

　　研究團隊受到“?？|手彌散神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”的構(gòu)型啟發(fā)，設(shè)計了基于微納鋁片與羧基化碳納米管(CNTs)的復(fù)合負極。通過在鋁基體內(nèi)引入兼具高導(dǎo)電與超高力學(xué)強度的三維連續(xù)CNTs電子滲流網(wǎng)絡(luò)，該電極打破了本征氧化鋁鈍化層的傳質(zhì)阻礙，使形核過電位大幅下降50%。特別是在鋁剝離過程中，深植于基體內(nèi)部的CNTs得以原位暴露，構(gòu)建出自適應(yīng)的動態(tài)CNT調(diào)控界面相，引導(dǎo)后續(xù)鋁離子實現(xiàn)均勻的無枝晶沉積。此外，憑借CNTs網(wǎng)絡(luò)的強韌機械互鎖與內(nèi)部錨定作用，抑制了長循環(huán)中負極粉化坍塌與“死鋁”累積的難題。該Al@CNT復(fù)合電極展現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。在3 mA cm−2電流密度和3 mAh cm−2面積容量的苛刻極限條件下，Al@CNT對稱電池能夠穩(wěn)定運行超過1800小時且保持低極化，而對比組的純鋁對稱電池僅在170小時內(nèi)即發(fā)生短路失效。此外，當與人造石墨(AG)正極配對組裝為全電池時，該系統(tǒng)在5 A g−1的高倍率下循環(huán)高達45,000次后，容量保持率依然超過80%。
 

　　論文第一作者為博士生胡永勝，通訊作者為李堯、韓雪、譚占秋和薛偉江。本項研究得到了西安交通大學(xué)國家儲能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(中心)在表征方面的支持。
 

　　薛偉江，西安交通大學(xué)教授、博導(dǎo)，長期從事新型電解質(zhì)分子設(shè)計與金屬負極研究，以第一/通訊作者在Nature Energy、Nature Communications，Advanced Materials、Angewandte Chemie、Energy & Environmental Science、Advanced Energy Materials等國際著名期刊發(fā)表論文50余篇，連續(xù)入選斯坦福–愛思維爾全球前2%頂尖科學(xué)家。主持自然科學(xué)基金面上項目、多項重要企業(yè)合作研發(fā)項目，并作為合作單位負責人承擔國家重點研發(fā)計劃青年科學(xué)家項目。擔任Nature、Nature Sustainability、Nature Communications、Advanced Materials、Journal of the American Chemical Society、Angewandte Chemie、Energy & Environmental Science等40多種化學(xué)、能源、材料領(lǐng)域著名期刊審稿人和仲裁審稿人。
 

　　引用：西安交大材料學(xué)院與上海交大金屬基復(fù)材全重張荻院士團隊合作在鋁離子電池方向取得進展 西安交通大學(xué) 【引用時間：2026年7月7日】