Uniformly MXene‐Grafted Eutectic Aluminum‐Cerium Alloys as Flexible and Reversible Anode Materials for Rechargeable Aluminum‐Ion Battery

材料科学 法拉第效率 阳极 共晶体系 化学工程 电解质 电镀(地质) 水溶液 电化学 阴极 无机化学 合金 电极 冶金 化学 物理化学 地球物理学 地质学 工程类
作者
Qing Ran,Shu‐Pei Zeng,Meihua Zhu,Wu‐Bin Wan,Huan Meng,Hang Shi,Zi Wen,Xingyou Lang,Qing Jiang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (1) 被引量:72
标识
DOI:10.1002/adfm.202211271
摘要

Abstract Aluminum is an attractive anode material in aqueous multivalent‐metal batteries for large‐scale energy storage because of its high Earth abundance, low cost, high theoretic capacity, and safety. However, state‐of‐the‐art aqueous aluminum‐ion batteries based on aluminum anode persistently suffer from poor rechargeability and low coulombic efficiency due to irreversibility of aluminum stripping/plating and dendrite growth. Here eutectic aluminum‐cerium alloys in situ grafted with uniform ultrathin MXene (MXene/E‐Al 97 Ce 3 ) as flexible, reversible, and dendrite‐free anode materials for rechargeable aqueous aluminum‐ion batteries is reported. As a result of the MXene serving as stable solid electrolyte interphase to inhibit side reactions and the lamella‐nanostructured E‐Al 97 Ce 3 enabling directional Al stripping and deposition by making use of symbiotic α‐Al metal and intermetallic Al 11 Ce 3 lamellas, the MXene/E‐Al 97 Ce 3 hybrid electrodes exhibit reversible and dendrite‐free Al stripping/plating with low voltage polarization of ± 54 mV for ≥1000 h in a low‐oxygen‐concentration aqueous aluminum trifluoromethanesulfonate (Al(OTF) 3 ) electrolyte. These superior electrochemical properties endow soft‐package aluminum‐ion batteries assembled with MXene/E‐Al 97 Ce 3 anode and Al x MnO 2 cathode to have high initial discharge capacity of ≈360 mAh g −1 at 1 A g −1 , and retain ≈85% after 500 cycles, along with the coulombic efficiency of as high as 99.5%.
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