Low‐Temperature and High‐Rate Rechargeable Aluminum Batteries Enabled by Ternary Eutectic Electrolytes

共晶体系 三元运算 电解质 材料科学 化学工程 电池(电) 无机化学 冶金 化学 合金 热力学 物理化学 电极 功率(物理) 物理 计算机科学 工程类 程序设计语言
作者
Raju Vadthya,Christopher Fetrow,Olumide Oladoyin,James J. Wu,Sergei A. Ivanov,You Wang,Dongchang Chen,Xiao‐Dong Zhou,Shuya Wei
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
标识
DOI:10.1002/cssc.202400983
摘要

Abstract Rechargeable aluminum batteries (RABs) have garnered extensive scientific attention as a promising alternative chemistry due to the inherent advantages associated with aluminum (Al) metal anodes, including their high theoretical capacities, cost‐effectiveness, environmental friendliness, and inherent non‐flammable properties. Nonetheless, the practical energy density of RABs is constrained by the electrolytes that support lower operational voltage windows. Herein, we report a ternary eutectic electrolyte composed of 1‐ethyl‐3‐methylimidazolium chloride ([C 2 C 1 im]Cl):1‐butyl‐3‐methylimidazolium chloride ([C 4 C 1 im]Cl):aluminum chloride (AlCl 3 ) for the application of RABs. The electrolyte exhibits a high operational potential window (~3 V vs. Al/Al 3+ on SS 316) and high ionic conductivity (~8.3 mS cm −1 ) while exhibiting only a low temperature glass transition at −65 °C suitable for all‐climate conditions. Al||graphene nanoplatelets cell delivers a high capacity of ~117 mAh/g, and ~43 mAh/g at a very high current densities of 1 A/g and 5 A/g, respectively. The cells render a reversible capacity of 20 mAh/g at −20 °C and 17 mAh/g at −40 °C, indicating their suitability for operation under extreme environmental conditions. We comprehensively evaluated the design and optimization of carbon paper‐based battery systems. The ternary eutectic electrolyte demonstrates exceptional electrochemical performance, thus signifying its substantial potential for utilization in high‐performance energy storage systems in all climates.
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