Homogeneous alloying reaction via self-assembly strategy for high-areal-density dual-ion batteries

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作者
Haitao Wang,Chen Wang,Fan Zhang,Xiaoming Zhang,Chun‐Sing Lee,Yongbing Tang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:449: 137708-137708 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.137708
摘要

• An interface engineering method was proposed for uniform alloying of Al anode. • A high-areal-density dual-ion battery with Al-GO-Li anode is firstly constructed. • The dual-ion battery achieved much enhanced energy density and cycling stability. Dual-ion battery (DIB) has sparked growing interest in recent years due to its high working voltage, low cost, and eco-benignity. However, the reported low areal density of cathode (<2.5 mg cm −2 ) leads to low energy density, far from commercial application. Besides, alloying-type anodes such as aluminum (Al) with high theoretical capacity suffer from uneven alloying reaction and remarkable volume change during cycling, especially when matched with high areal-density cathode. Herein, we introduce a facile interface engineering strategy, namely self-assembly of graphite oxide (GO) on an Al foil anode with further pre-lithiation to redistribute Li + ions and render a uniform alloying reaction. This strategy can effectively decrease the transfer barrier of Li + ions and inhomogeneous “hot spots” on the surface of the Al anode. Consequently, when paired with an expanded graphite cathode with high-areal-density (10.2 mg cm −2 ), the modified Al anode exhibits much improved structural stability. The assembled DIB exhibits good cycling stability with high capacity retention of 95.5% over 200 cycles. Moreover, the DIB with high areal density achieves high energy density of up to ∼ 176 Wh kg −1 based on the total mass of electrode materials and electrolyte, which is among the best values of reported DIBs to date.
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