【摘要】 科学指南针支撑上海交大团队研发无枝晶铝负极技术，通过原位电聚合实现铝电池 80000 次超长循环，解决腐蚀与枝晶难题，加速铝电池产业化。

 

一、储能市场对高稳定铝电池的迫切需求

在双碳目标驱动下，电网储能、大规模储能市场快速扩张，对低成本、高安全电池需求激增。可充电铝电池因资源优势与高安全性成为优选方案，但负极腐蚀与枝晶生长成为产业化关键障碍。

开发高电流密度、长循环寿命、无枝晶的铝负极技术，是铝电池商业化落地的核心突破口。

 

二、原位聚合保护膜构建与界面优化机制

科学指南针支持上海交大团队，采用BVIMCl 功能单体实现铝负极原位电聚合修饰。单体与电解液相容性优异，释放 Cl⁻推动 Al₂Cl₇⁻向 AlCl₄⁻转化，提升活性离子浓度与离子电导率。

电化学充电过程中，单体双键还原形成自由基，在铝表面原位生长连续均匀聚合物膜，实现腐蚀抑制与离子均匀沉积双重功能。

 

三、科学指南针模拟计算揭示静电调控机制

科学指南针提供高精度理论计算支持，清晰阐明界面作用机制：

  • 分子动力学模拟：直观展示聚合物膜实现界面离子均匀分布；

  • 静电势分布计算：正电势沿聚合物链扩展，增强与 Al₂Cl₇⁻静电作用；

  • 差分电荷密度分析：验证聚合物与电解液离子强相互作用；

  • Tafel 测试：证实添加 BVIMCl 后腐蚀电流密度显著降低。

 

四、超长循环铝电池性能突破

经系统优化，铝电池实现里程碑式性能：

  • 对称电池：高电流密度下稳定循环 1000 小时以上；

  • 全电池：5 A g⁻¹ 下循环超 80000 次，容量保持率优异；

  • 软包电池：成功实现 LED 驱动与手机充电，验证实用化前景。

 

五、技术应用前景与总结

本项成果以原位电聚合诱导界面静电调控为核心，解决铝电池长期痛点，为高功率、长寿命、低成本储能器件提供可规模化方案。科学指南针依托专业计算表征平台，为储能材料研发提供全流程技术支持，推动先进电池技术产业化落地。

 

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.75274