德国学者发现提高铝空气电池容量的聚合物电极材料

乌尔姆大学的Birgit Esser教授和弗赖堡大学的Ingo Krossing教授和Anna Fischer教授领导的一个研究小组，开发了一种由基于吩噻嗪的有机氧化还原聚合物制成的正极材料。该材料可专门用于铝离子电池，具有惊人的性能。

在他们的实验中，使用这种材料的铝电池存储了每克167毫安时（mAh/g）的破纪录容量。这种有机氧化还原聚合物的性能，优于迄今为止一直是电池主要电极材料的石墨。他们的发现发表在《能源与环境科学》杂志上。

在充电过程中，电极材料氧化并吸收复杂的铝酸盐阴离子。有机氧化还原聚合物聚（3-乙烯基-N-甲基吩噻嗪）可以在充电过程中可逆地插入两个[AlCl4]−阴离子。研究人员使用离子液体乙基甲基咪唑鎓氯化物作为添加氯化铝的电解质。

研究负责人Gauthier Studer表示：“铝电池的研究，是一个令人兴奋的研究领域，对未来的储能系统具有巨大潜力。”

Gauthier Studer补充说：“我们的重点，是开发具有高性能和可逆性能的新型有机氧化还原活性材料。通过研究聚（3-乙烯基-N-甲基吩噻嗪）在氯铝酸盐基离子液体中的氧化还原性能，我们首次证明了吩噻津基电极材料的可逆双电子氧化还原过程，并取得了重大突破。”

聚（3-乙烯基-N-甲基吩噻嗪）可以在0.81和1.65伏的电势下沉积[AlCl4]−阴离子，并提供高达167 mAh/g的比容量。相比之下，石墨作为铝电池中的电极材料的放电容量为120mAh/g。经过5000次充电循环后，研究团队开发的电池在10 C下仍保持88%的容量，这意味着充电和放电时间为6分钟。在较低的C率下，电池可恢复到原有的容量。

Birgit Esser教授表示:“这种电极材料具有高放电电压和比容量，在快速C速率下具有优异的容量保持率，代表了可充电铝电池发展的重大进步，从而成为先进且经济实惠的储能解决方案。”

铝离子电池是传统电池的潜在替代品，传统电池依赖于稀有且难以回收的包括锂在内的材料。铝在地壳中分布更广，比锂更容易回收，更安全，更便宜。然而，由于缺乏能够储存足够能量的合适电极材料，铝电池的开发仍处于早期阶段。