氯离子电池（CIBs）具有高能量密度和成本效益，因此有望成为锂离子电池的替代品。然而，由于缺乏支持成本效益高的阳极的兼容电解质，氯离子电池的发展受到了很大限制。

近日，悉尼科技大学汪国秀教授、巴伊兰大学Doron Aurbach教授、清华大学深圳国际研究生院周栋助理教授提出了一种合理设计的固态聚阳离子电解质（SPE），可利用铝（Al）金属作为阳极实现室温氯离子电池。这种SPE使CIB配置具有更好的空气稳定性和安全性（即无易燃性和液体泄漏）。该SPE的溶剂化结构经过精心设计，实现了较高的离子导电率（25℃时为1.3×10^-2 S cm^-1）。同时，固态聚阳离子电解质确保了稳定的电极与电解质界面，从而有效抑制了铝阳极上枝晶的生长和FeOCl阴极的降解。因此，Al|SPE|FeOCl氯离子电池展示了约250 mAh g^-1的高放电容量（基于阴极）和更长的使用寿命。总体而言，该电解质设计为开发低成本氯离子电池开辟了一条新途径。

文章要点：

1. 该工作首次报道了一种合理设计的固体聚阳离子电解质（SPE），以实现铝金属阳极在室温CIB中的应用。

2. 这种SPE源自1-烯丙基-3-甲基咪唑阳离子（[AMIM]⁺）在AlCl₃/[AMIM]Cl前驱体中的原位聚合，是为这种铝基CIB合理设计的。与之前的离子液体电解质相比，这种SPE表现出更强的空气稳定性、不可燃性和无泄漏耐久性。

3. 更重要的是，计算建模和光谱研究都表明，SPE中的定制配位结构不仅能有效促进离子传导（即25℃时离子电导率为1.4×10^-2 S cm^-1），增加电荷载流子的阴离子转移数，还能保持稳定的电极/电解质界面，防止阳极上的铝枝晶生长和阴极上的FeOCl降解，从而显著提高两个电极反应的可逆性。

4. 凭借SPE的优势，所开发的Al||FeOCl CIB可提供约250 mAh g^-1的高放电容量（基于阴极），并具有更长的循环寿命。这项工作为开发高能、耐用、低成本的CIB提供了一条前景广阔的途径。

图1 SPE的设计与合成

图2 SPE的安全性

图3 SPE与铝金属阳极的界面相容性

图4 铝基CIBs的电化学性能

来源：高分子科学前沿

汪国秀教授Angew：固态聚阳离子电解质，实现耐用的氯离子电池