铝作为地球上最丰富的金属元素，具有高导电性、高热导性和低成本等优点。铝阳极的理论体积容量和质量容量分别为8048 mAh·cm^-3和2981 mAh·g^-1，远高于其他多价金属离子的理论能量密度。此外，铝在空气和水中的超高稳定性也提高了铝电池的安全性能。然而，铝电池的实用化道路仍然存在许多障碍，其中铝阳极的枝晶生长是最重要也是最容易被忽视的问题。目前，大多数研究人员在探索铝电池阳极时都是基于低面容量（0.08-0.4 mAh·cm^-2）和厚隔膜（主要是Whatman GF/D玻璃纤维隔膜），这不利于探索实用化可充电铝电池阳极的失效机理。增加正极活性物质面负载量能够减少铝塑膜、电解质、集流体和隔膜等材料的使用量，提升铝电池器件的能量密度。然而，大的面负载量将不可避免地增加单位面积铝的沉积量。如果没有均匀的电流密度分布，铝会在电荷聚集点连续沉积并形成枝晶。在这种情况下，使用薄隔膜更会加速电池短路故障的发生。

针对这一问题，西安交大4166am金沙信心之选杜显锋教授团队利用激光刻蚀和阳极氧化技术制备了P-Al₂O₃/Al阳极，它不仅增加了电极的有效活性面积，而且形成了稳定的电极/电解质界面，使铝发生均匀地电沉积。这种阳极在5 mAh·cm^-2的面容量下保持稳定循环1400小时以上。当高电流密度设置为10 mA·cm^-2时，受保护的阳极在2900次循环中也显示出优异的电池稳定性。此外，使用P-Al₂O₃/Al阳极的480 mAh软包电池在0.5V至2.5V的电压下可以保持170 Wh·kg^-1的能量密度和90%的能量效率（基于正极活性成分计算）。

近日，该研究成果以题为Space Limited Growth Strategy for Ultra-high Areal Capacity Rechargeable Aluminum Batteries （空间限域生长策略助力高面容量可充电铝电池）发表在国际能源领域顶级期刊《Energy Storage Materials》（能源存储材料）上（影响因子为20.831）。该论文的第一作者为西安交大4166am金沙信心之选博士研究生王世新，论文通讯作者是西安交大4166am金沙信心之选杜显锋教授和熊礼龙副教授。西安交通大学为唯一通讯单位。该研究工作是西安交通大学4166am金沙信心之选杜显锋教授课题组在铝电池领域的又一研究成果，并且获得国家自然科学基金和陕西省自然科学基金重点项目的支持。西安交大4166am金沙信心之选杜显锋教授长期从事电解电容器、锂（钠）离子电池、铝离子电池、超级电容器、柔性可穿戴传感器的电极材料、电介质、电解质、固体化、柔性化、一体化等研究。目前已在Adv. Funct. Mater., J. Mater. Chem. A, Carbon, ACS Appl. Mater. Inter., Adv. Mater., Inorg. Chem. Front., J. Am. Ceram. Soc.等国际知名学术期刊和国际会议上发表相关研究论文60余篇，申请发明专利近50项。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.102826.

杜显锋教授课题组主页：http://gr.xjtu.edu.cn/web/xianfengdu

审核人：杜显锋