Suppressing passivation layer of Al anode in aqueous electrolytes by complexation of H2PO4− to Al3+ and an electrochromic Al ion battery

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作者
Haiming Lv,Shuo Yang,Chuan Li,Cuiping Han,Yongchao Tang,Xuejin Li,Wenlong Wang,Hongfei Li,Chunyi Zhi
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:39: 412-418 被引量:112
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2021.04.044
摘要

Aqueous aluminum ion batteries (AIBs) are attractive alternatives for post-lithium energy storage systems. However, the short lifespan seriously limits the development of AIBs, arising from the formation of a passivation layer on the Al electrode surface as well as the strong electrostatic interaction between bulky Al3+ ions and host materials. Herein, we developed a hybrid electrolyte based on aluminum trifluoromethanesulphonate (Al(TOF)3) and H3PO4 which can effectively alleviate the passivation and exhibit superior stability. A full aqueous AIB based on this electrolyte and polyaniline (PANI) cathode exhibits a record-breaking lifespan of 3850 cycles and superior rate capability. Mechanism study suggests that Al3+ ions are bonded to both the H2PO4− and TOF− to form complex ions Al(H2PO4−)x(TOF−)y+(H2O)n, which can mitigate the strong charge densities of trivalent Al3+ and contribute to fast reaction kinetics. Besides, the ex-situ study reveals that PANI cathode experiences a co-intercalation/deintercalation process of Al(H2PO4−)x(TOF−)y+(H2O)n, TOF−, and H+ during the charging/discharging process with high reversibility and stability. As a proof of concept, an electrochromic Al//PANI battery is fabricated, which combines both electrochromism and energy storage and delivers a higher coloration efficiency of 84 cm2 C−1 at a wavelength of 630 nm. This work presents an effective and facile strategy to developing long-life aqueous Al//PANI batteries and may promote the application of AIBs with electrochromic function.
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