A Flexible Solid-State Ionic Polymer Electrolyte for Application in Aluminum Batteries

电解质 材料科学 离子电导率 电化学 离子键合 化学工程 聚合物 腐蚀 无机化学 电极 化学 复合材料 离子 有机化学 工程类 物理化学
作者
Amir Mohammad,T. Köhler,Shuvrodev Biswas,Hartmut Stöcker,Dirk C. Meyer
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (5): 2914-2923 被引量:29
标识
DOI:10.1021/acsaem.2c03906
摘要

Rechargeable aluminum batteries are promising candidates for post-lithium energy storage systems. The electrolyte system of rechargeable aluminum batteries is an urgent research topic hindering the deployment in large-scale applications. To solve the critical problems of current ionic liquid electrolytes, such as leakage, corrosivity, and the need for using separators, we developed a freestanding ionic polymer electrolyte using the direct complexation of polyamide 6 (PA6) with aluminum chloride (AlCl3) and the organic salt triethylamine hydrochloride (Et3NHCl). This complexation allows a dissolution of up to 20 wt % of PA6 in the sample to achieve outstanding mechanical strength and stable electrode–electrolyte interfaces without loss of electrolyte properties. The mechanical and electrochemical properties of the polymer were studied and correlated to the complexation mechanism, which was investigated by FTIR spectroscopy. The ionic polymer electrolyte allows the elimination of unfavorable separators and achieves a high ionic conductivity up to 0.3 mS cm–1 and is capable of electrochemical stripping/plating of aluminum. An Al/graphite battery using this electrolyte provides excellent cycling performance. In addition, the nonflowing ionic polymer electrolyte eliminates the corrosion caused by electrolyte leakage in aluminum batteries and enables the use of conventional stainless steel housings. Our results indicate that this type of solid-state ionic polymer is a promising strategy for achieving stable and safe, yet flexible aluminum batteries.
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