Ternary Ionic Liquid Analogues as Electrolytes for Ambient and Low-Temperature Rechargeable Aluminum Batteries

三元运算 离子液体 电解质 无机化学 材料科学 离子键合 化学工程 化学 离子 冶金 有机化学 计算机科学 电极 物理化学 催化作用 工程类 程序设计语言
作者
Jonah Wang,Theresa Schoetz,Leo W. Gordon,Elizabeth J. Biddinger,Robert J. Messinger
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (13): 5438-5446
标识
DOI:10.1021/acsaem.4c00739
摘要

Rechargeable aluminum (Al) metal batteries are enticing for the coming generation of electrochemical energy storage systems due to the earth abundance, high energy density, inherent safety, and recyclability of Al metal. However, few electrolytes can reversibly electrodeposit Al metal, especially at low temperatures. In this study, Al electroplating and stripping were investigated from 25 °C to −40 °C in mixtures of aluminum chloride (AlCl3), 1-ethyl-3-methyl-imidazolium chloride ([EMIm]Cl), and urea. The ternary ionic liquid analogue (ILA) consisting of AlCl3–urea–[EMIm]Cl in a molar ratio of 1.3:0.25:0.75 enabled reversible Al electrodeposition at temperatures as low as −40 °C while exhibiting the highest current density and the lowest overpotential among all of the electrolyte mixtures at 25 °C, including the AlCl3–[EMIm]Cl binary mixture. The ILA electrolyte was further tested in a rechargeable Al–graphite battery system down to −40 °C. The addition of urea to AlCl3–[EMIm]Cl binary mixtures can improve the Al electrodeposition, extend the liquid temperature window, and reduce the cost.
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