北京理工大学吴川、白莹、李雨JACS：解析铝负极界面演化并构建多功能层实现超长循环稳定性

背景：在全球能源转型和碳中和背景下，开发高效、经济且可持续的储能技术至关重要。可充电铝电池因铝资源丰富、成本低、理论容量高而成为研究热点，但其实际应用受限于铝负极严重的界面失效问题，如枝晶生长和腐蚀，导致循环寿命短。研究目的：北京理工大学吴川、白莹、李雨团队旨在通过先进原位技术厘清铝负极在离子液体中的界面动态演化规律，明确失效机制，并基于此设计一种新型保护层以提升铝负极的循环稳定性。结论：研究首次结合原位光学显微镜、X射线衍射和拉曼图谱等技术，发现铝负极失效存在从枝晶生长向腐蚀主导的转变过程，并确定EMI⁺离子是诱发腐蚀的核心原因。基于差分访问机制，团队在铝表面构建了部分碳化的MOF-C保护层，该层具有0.822 nm的纳米通道，可选择性阻挡腐蚀性EMI⁺离子同时促进AlCl₄⁻离子扩散。电化学测试显示，Al/MOF-C对称电池实现了超过11000小时的超长循环稳定性，过电位仅20 mV；与天然石墨正极匹配的全电池循环500次后容量保持率达95%，库伦效率接近100%，且软包电池具备实际供电能力。该研究为解决铝负极界面不稳定性提供了机制支撑和创新设计思路，推动了可充电铝电池的技术发展。