受该工作启发，动力锂电池工程实验室开展了以石墨烯为电极的铝离子电池研究，近期研究工作以“Large-sized few-layer graphene enables an ultrafast and long-life aluminum-ion battery”为题在线发表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.201700034)。在该工作中，科研人员采用量产的多层石墨烯（由宁波墨西科技有限公司生产提供）为柔性正极、金属铝为负极、离子液体为电解液，构建出具有超长循环寿命和超高倍率性能的2 V铝离子电池。研究发现二维片状石墨类负极材料的厚度（层数）和横向尺寸均对AlCl4-离子的嵌入行为有重要影响。相对于层数达千层的鳞片石墨，多层石墨烯的层数极少（10层以下），可以显着降低AlCl4-离子嵌入和扩散的活化能，使得该电池具有超高的倍率性能，因此可在1分钟内完成充放电。另一方面，由更大尺寸的多层石墨烯制作的电极，由于具有更好的柔韧性和石墨化度，对AlCl4-离子的重复嵌入和脱出具有更强的耐受能力，从而让电池表现超长的循环寿命，充放电循环10000次后容量几乎无衰减。此外，该研究工作通过一系列的精细表征还进一步揭示了AlCl4-离子在多层石墨烯、石墨等二维石墨类正极材料的插层化学机制，即插层离子诱导的四阶和五阶结构变化机制。该研究工作不仅对铝离子电池中石墨类正极材料的选择具有重要指导意义，还对于发展实用化石墨烯基新型长寿命储能电池具有较大的学术价值。
上述研究工作得到了中科院重点部署项目(KGZD-EW-T08-2)、中科院青促会项目(2017341)、自然科学基金(51404233)和浙江省自然科学基金(LY15B030004)的资助。
本研究工作作者张乐园目前正在美国德克萨斯大学奥斯汀分校攻读博士学位。
采用石墨烯柔性电极和石墨涂层电极的铝离子电池放电模型
不同尺寸石墨烯和石墨正极中插层离子诱导的高阶结构变化机制
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