Regulated Hydrated Eutectic Electrolyte Enhancing Interfacial Chemical Stability for Highly Reversible Aqueous Aluminum‐Ion Battery with a Wide Temperature Range of −20 to 60 °C

材料科学 共晶体系 电解质 X射线光电子能谱 水溶液 化学工程 傅里叶变换红外光谱 同步加速器 电化学 物理化学 复合材料 电极 化学 合金 工程类 核物理学 物理
作者
Xiaoyang Zhang,Rui Wang,Zixiang Leonardo Liu,Quanwei Ma,Hongbao Li,Yangyang Liu,Junnan Hao,Shilin Zhang,Jianfeng Mao,Chaofeng Zhang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (22) 被引量:73
标识
DOI:10.1002/aenm.202400314
摘要

Abstract The development of aqueous aluminum‐ion batteries (AAIBs) is impeded by pronounced side reactions and hydrogen evolution reaction (HER). Here, an eutectic electrolyte named HEE30 (with an optimal molar ratio of 1:8:1:30 for Al(OTf)3, glycerol (Gly), sodium beta‐glycerophosphate pentahydrate (SG), and H2O) to significantly enhance the reversibility of AAIBs across a wide temperature range from −20 to 60 °C is designed. The combination of molecular dynamics simulations and operando synchrotron Fourier‐transform infrared spectroscopy reveals that the unique eutectic network significantly enhances the hydrogen bonding between Gly and H2O, reduces the solvation interaction of Al3+ with active H2O, thereby lowering the freezing point, extending electrochemical windows and suppressing HER. The X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X‐ray diffraction (XRD) tests demonstrate that HEE30 is capable of forming a solid electrolyte interface layer consisting of organic and inorganic components, which effectively inhibits corrosion. Additionally, operando synchrotron XRD and ex situ XPS are employed to investigate the changes in lattice peak width and position of the Prussian white cathode, as well as the reversible storage mechanism during cycling This quantitative design offer immediate advantages for the rational development of low‐cost and safe energy storage batteries, specifically tailored for wide‐temperature operation and durable cycling.
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