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天大团队突破铝电池技术瓶颈新型电解液助力储能领域升级

2025-12-10 13:58:01 来源：中宏网

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简介：在国家"双碳"战略推进过程中，可再生能源的大规模存储成为关键挑战。天津大学先进碳与能源材料实验室近日取得重大技术突破，成功开发出具有低腐蚀特性的"有机双氯"电解液体系，为铝金属电池的实用化进程扫清了主要技术障碍。

在国家"双碳"战略推进过程中，可再生能源的大规模存储成为关键挑战。天津大学先进碳与能源材料实验室近日取得重大技术突破，成功开发出具有低腐蚀特性的"有机双氯"电解液体系，为铝金属电池的实用化进程扫清了主要技术障碍。

“有机双氯”电解液设计及特性图示

铝金属电池凭借负极材料铝的高理论比容量、丰富的自然资源储备、低成本优势以及三电子氧化还原特性，被视为极具发展前景的新型储能体系。但该技术的实际应用一直面临关键瓶颈——现有电解液体系的局限性。虽然常规电解液能实现铝的可逆电化学沉积/溶解过程，但其固有的强腐蚀性、高粘度、高昂制备成本及缓慢反应动力学等缺陷，显著降低了电池部件的耐久性，阻碍了技术的产业化进程。

为突破这一关键技术壁垒，研究团队开创性地开发了"有机双氯"溶剂化电解液新型体系。该设计采用氯化铝/正丙醚混合有机系统取代传统的离子液体电解质，并通过系统优化有机溶剂的溶剂化参数，成功构建了特征性的"有机双氯"溶剂化构型。该创新设计通过将腐蚀性氯离子(Cl⁻)选择性束缚在铝离子(Al³⁺)配位层内，显著抑制了电解液的腐蚀行为。此外，该溶剂化结构具有优异的极化特性，为实现铝电池的长周期稳定运行提供了关键保障。

此项突破不仅成功解决了铝金属电池面临的强腐蚀性难题，更开创了一条基于阳离子活性物种的全新电化学反应路径。这为攻克铝电池乃至其他多价金属电池中普遍存在的腐蚀、动力学迟缓、传质受阻等共性技术瓶颈，提供了全新的解决思路，为实现铝金属电池的实用化迈出重要一步。

该研究成果于12月4日发表在国际顶级学术期刊《自然-可持续性》(Nature Sustainability)。天津大学化工学院张渤、李治国、韩大量和中国科学院深圳先进技术研究院闵志雯为共同第一作者，天津大学杨全红教授、翁哲教授和韩大量副研究员为共同通讯作者。《自然-可持续性》在同期刊发的专题评述中特别指出：“此工作使铝金属电池向实际应用迈进了一大步。”

天津大学化工学院先进碳与能源材料实验室在新能源领域取得重要突破。该实验室由著名能源材料专家、长江学者特聘教授杨全红担任首席科学家，研究团队由十余位中青年学者组成，其中包括1名国家高层次人才计划入选者和6名国家级青年学者。团队致力于新型能量存储与转化材料与器件研究，聚焦新型锂/钠离子电池、固态锂电池和锂硫电池、水系/有机系高价金属电池、海水电池以及电催化小分子高值利用等研究方向，在致密储能、锂硫催化、筛分储能、水合有机/有机高价离子电池和铜基电催化剂可控重构等方面取得原创性成果。

该研究团队负责人表示，此项突破性进展将加速铝金属电池从实验室走向产业化应用的进程，对推动我国可再生能源的高效利用具有重要战略意义，有望在未来能源存储领域发挥关键作用。