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A Cost Reduction Strategy for Aluminum–Polymer Batteries: The Role of Impurities within AlCl 3

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作者
Mohammad Mostafizar Rahman,Amir Mohammad,Shuvrodev Biswas,Thomas Köhler,Hartmut Stöcker,Dirk C. Meyer
出处
期刊:ACS omega [American Chemical Society]
卷期号:11 (19): 28159-28174
标识
DOI:10.1021/acsomega.5c13009
摘要

The electrolyte plays a crucial role in defining the electrochemical performance of aluminum-ion batteries (AIBs), in which AlCl3 serves as the primary ion source. This work systematically evaluates the influence of AlCl3-sourced impurities on polyamide-based solid polymer electrolytes (SPEs), with an emphasis on both electrochemical behavior and cost efficiency. SPEs are synthesized using a polyamide matrix and an AlCl3:Et3NHCl ionic liquid containing excess AlCl3. Six AlCl3 precursors with varying purities (98%–99.999%) and costs (0.028 Euro/g–6.198 Euro/g) are employed. Electrochemical analysis reveals that the AlCl3 purity exerts no systematic influence on key performance indicators. Reaction kinetics, aluminum stripping/plating behavior, ionic conductivity (0.19–0.21 mS cm–1), electrochemical stability window (2.70–2.83 V), and Coulombic efficiency (98.0–99.5%) remain nearly identical across all samples. Likewise, specific capacities (28.7–43.5 mAh g–1) and energy densities (3.3–4.5 Wh kg–1) exhibit no clear correlation with declared impurity levels (≤2%). Instead, variations arise primarily from electrolyte formulation and cell fabrication conditions. Complementary microscopic and compositional analyses reveal no significant impurity-induced morphological or compositional differences on the Al anode surface, supporting the electrochemical findings. Cost analysis indicates that low-purity AlCl3 (0.028 Euro/g) delivers comparable performance to high-purity salts (6.198 Euro/g), resulting in a 94% reduction in electrolyte cost and a 56% decrease in total cell cost. These findings highlight the economic viability of lower-purity AlCl3 for scalable AIB production.
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