AlCl 4 − ‐Deficient Eutectic Electrolytes Enable Reversible Iodine Redox‐Amphoteric Conversion for Aluminum Battery Cathodes

电解质 阳极 共晶体系 阴极 化学工程 电池(电) 材料科学 电极 储能 电化学 能量转换效率 离子液体 能量转换 限制 无机化学 导电体 过渡金属 容量损失 法拉第效率 电流密度 比能量 金属 离子键合 纳米技术 过程(计算) 工作(物理) 高能 快离子导体
作者
Xingyuan Chu,Shengyue Lu,Shaik Mohammed Ghouse,Jiaxu Zhang,Arafat Hossain Khan,Jingwei Du,Xiaodong Li,Bo Gao,Xiaohui Liu,Ahiud Morag,Xinmei Song,Dongqi Li,Leilei Zheng,Quanquan Guo,Mingchao Wang,Eike Brunner,Xinliang Feng,Minghao Yu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (48): e202516059-e202516059 被引量:2
标识
DOI:10.1002/anie.202516059
摘要

Aluminum (Al) batteries are promising for sustainable and large-scale energy storage due to the inherent safety, low cost, and attractive metrics of the Al anode. However, the development of high-voltage and high-capacity cathodes remains a key challenge. Herein, we achieve the reversible iodine redox-amphoteric conversion (i.e., I-/I0/I+) in Al batteries, wherein AlCl4 --deficient eutectic electrolytes are identified critical for stabilizing the conversion process. In contrast to ionic liquid electrolytes prone to parasitic Cl2 evolution, eutectic systems facilitate the I-/I0/I+ conversion process with high reversibility and significantly suppressed Cl2 generation. Spectroscopic and theoretical investigations reveal AlCl4 - as the dominant species limiting anodic stability of the electrolyte, and its reduced presence in eutectic electrolytes directly enhances iodine conversion reversibility. The optimized electrolyte allows the I2 electrode to deliver a specific capacity of 358 mAh g-1 and an energy density of 490 Wh kg-1 (based on I2 mass), along with excellent cycling stability (83.8% retention over 1000 cycles). High-loading I2 electrodes (8.52 mg cm-2) achieve a high areal capacity of 2.25 mAh cm-2 and demonstrate practical feasibility in a single-layer pouch cell. This work establishes a new design framework for high-energy-density Al batteries and opens avenues for advancing conversion chemistries in multivalent systems.
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