A Hundreds‐Milliampere‐Hour‐Scale Solid‐State Aluminum–Sulfur Pouch Cell

材料科学 电解质 电极 化学工程 多硫化物 储能 硫黄 复合数 电流密度 快离子导体 纳米技术 复合材料 化学 冶金 功率(物理) 物理 物理化学 量子力学 工程类
作者
Zheng Huang,Shijie Li,Zhe Wang,Wei Wang,Haiping Lei,Shuqiang Jiao
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (43) 被引量:7
标识
DOI:10.1002/aenm.202302464
摘要

Abstract Aluminum‐sulfur (Al–S) batteries are exploited as an ideal power source for grid‐scale energy storage due to the abundant Al and S resources and superior safety. However, the short lifespan and lack of appropriate current collectors for positive electrodes have restricted the large‐size manufacture and practicability of Al–S batteries. Here a solid‐state electrolyte and current collector‐free positive electrode are demonstrated to construct a large‐size solid‐state Al–S pouch cell. The ionic liquid‐impregnated metal–organic‐framework solid electrolytes are filled into the gel polymer electrolyte to achieve the large‐size production of composite solid‐state electrolyte (MSE@GPE). Meanwhile, the MSE@GPE electrolytes, serving as the binder and ionic conductor, are introduced into sulfur‐anchored cobalt/nitrogen co‐doped graphene to prepare an all‐in‐one composite sulfur‐positive electrode without a current collector. The as‐assembled Al–S pouch cell delivers a reversible capacity of 288 mAh and a cell‐level energy density of >90 Wh kg −1 . Furthermore, the cycle life of this Al–S pouch cell can reach over 400 times with capacity retention of 80%, benefiting from the significant inhibiting effect of MSE@GPE electrolyte on the shuttle effect of polysulfide. The results provide a path for fabricating practical Al–S batteries, narrowing the gap between their high theoretical specific energy and the realization in practical operation.
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