【摘要】 科学指南针联合上海交大付超鹏团队，通过原位电聚合界面静电调控技术，实现无枝晶铝负极与 80000 次超长循环铝电池，提供 DFT 计算、分子动力学模拟等专业服务。

 

一、可充电铝电池整体研发进展

可充电铝电池凭借原材料储量充足、制备成本低廉、理论能量容量突出及固有安全属性，成为新型大规模储能与电网调峰领域极具潜力的候选体系。但氯铝酸离子液体电解液体系下，铝负极腐蚀、高电流密度枝晶无序生长两大难题，一直制约电池循环寿命与商业化落地进程。

传统结构改性、表面涂层、合金化修饰等常规手段，普遍存在附着稳定性差、制备工艺繁琐、高电流适配性弱等短板，难以满足长周期、高功率储能场景的实际需求。科学指南针依托材料测试与理论计算一体化服务能力，为铝电池关键技术攻坚提供全链条科研支撑。

 

二、原位电聚合界面静电调控核心技术方案

上海交通大学付超鹏团队采用 1 - 丁基 - 3 - 乙烯基咪唑氯盐（BVIMCl）功能单体，在离子液体电解液体系中开展创新设计。借助充电过程电化学作用，于铝负极表面完成原位电聚合反应，自发生成结构致密、贴合度高的聚合物防护膜。

该防护膜具备双重核心作用：

1.物理屏障防护：隔绝离子液体电解液与铝负极直接接触，从源头抑制界面腐蚀反应；

2.静电场均匀调控：依靠界面静电吸附效应均化表面电场分布，引导铝离子有序沉积，彻底抑制枝晶萌生与生长。

 

三、多维度表征与理论模拟验证体系

依托科学指南针专业科研服务平台，完成静电势 ESP 分布、差分电荷、HOMO–LUMO 轨道等理论分析，搭配 AFM-IR、27Al NMR、Raman、SEM 等微观表征及全套电化学测试。

实验数据充分证实：原位聚合膜可优化电解液离子组分、稳定负极界面结构，实现高电流密度下无枝晶平稳沉积。

 

四、电池器件实际性能表现

经过界面策略优化后的电化学器件，性能实现跨越式提升：

铝对称电池在 1 mA cm⁻²、1 mAh cm⁻² 工况下稳定循环超 3000 小时；5 mA cm⁻² 高电流密度条件下循环寿命突破 1000 小时，极限耐受电流密度可达 8.5 mA cm⁻²。

铝 / 石墨全电池在 5 A g⁻¹ 电流密度下达成超 80000 次超长循环，平均库仑效率稳定在 99.87%，软包电池可稳定驱动 LED 光源及小型数码设备充电，具备极强工程实用价值。

 

五、技术普适性与科研应用价值

本次研究构建了材料设计 — 机理剖析 — 器件验证完整科研闭环，综合性能优于同领域多数研究成果。该界面调控思路具备良好拓展性，可迁移应用至锌、镁、钙等多价金属电池体系，为低成本、高安全、长寿命储能材料研发提供全新设计思路。

科学指南针将持续深耕储能材料计算表征服务，助力科研团队突破电池关键技术瓶颈。

 

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