Metallurgical investigation of aluminum anode behavior in water-in-salt electrolyte for aqueous aluminum batteries

电解质 材料科学 腐蚀 金属间化合物 电化学 氧化物 阳极 水溶液 化学工程 冶金 盐(化学) 无机化学 化学 电极 合金 物理化学 工程类
作者
Shahrzad Arshadi Rastabi,Ghadir Razaz,Magnus Hummelgård,Torbjörn Carlberg,Nicklas Blomquist,Jonas Örtegren,Håkan Olin
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:523: 231066-231066 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.231066
摘要

Although ionic liquid electrolytes (ILs) are environmentally unfriendly, they are the most common electrolyte used in aluminum-ion batteries (AIB). Aqueous electrolytes offer a more sustainable alternative, but problem with oxide passivating barrier on Al surface becomes more profound. Recently, a new sub-class of aqueous electrolytes, water-in-salt (WIS) of (AlCl3·6H2O), has been considered, but experimental validation of the behavior of the Al electrode over cycling is required. This work investigates aluminum/graphitic cells using WIS electrolytes with a mass ratio of salt to water of 4, 8, and 12 and finds that they show similar trends in cycling performance. The degradation observed over cycling has been attributed to the formation of a detrimental solid electrolyte interphase (SEI) layer on the Al surface. It was found that WIS 4 increased Al corrosion, resulting in a slightly higher capacity and longer cycling life. Metallurgical observation showed that the Al matrix has a tendency to initiate corrosion around Al3Fe intermetallic phases in both WIS and ILs. This implies that the presence of Al3Fe particles allows the electrolyte to break the oxide barrier and access the bulk Al. These results suggests that metallurgical treatments are important to enhance the electrochemical performance of AIB.
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