Constructing an artificial SEI layer rich-AlF3 based on molecular scale in aqueous aluminum batteries to avoid anode passivation and hydrogen evolution reactions

钝化 阳极 水溶液 图层(电子) 铝 化学工程 材料科学 氢 放大 化学 冶金 纳米技术 有机化学 工程类 电极 物理化学 经典力学 物理
作者
Qiwen Sun,Yujuan Pang,Hongquan Pan,Wenming Zhang,Zhanyu Li
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:489: 151296-151296 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.151296
摘要

Serious hydrogen evolution reaction and anodic corrosion in aqueous electrolyte are common problems in aqueous aluminum batteries. In this study, a strategy of electrolyte adjustment based on molecular level is proposed to mitigate side reactions and enhance reaction kinetics. Since some acetonitrile molecules can enter the solvated shell of Al3+ to reshape the solvated structure, some anions and water molecules are replaced from the solvated structure. This promotes the decomposition of anions on the anode surface to form an artificial solid electrolyte interface (SEI) layer rich-AlF3. The SEI layer can effectively isolate water molecules to gain electrons preferentially at the anode to reduce hydrogen evolution reactions. In addition, the deposition behavior of aluminum can be adjusted, and Al3+ can smoothly achieve uniform deposition/stripping on the anode through the protective layer, avoiding the formation of low conductivity Al2O3 passivation layer. On this basis, full batteries composed of different cathode materials also have excellent cycling performance, proving that this electrolyte has universal applicability. The effect of acetonitrile addition on the battery is discussed in detail, which provides insights for the study of efficient energy storage devices.
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