近日，深圳北理莫斯科大學材料科學系副教授谷思辰帶領其研究團隊，在材料學科頂級期刊《Advanced Materials》上發表了一篇題為“Mixed Electrolyte Enabling Ultrafast Mass Transport and Compatibility with Polypropylene Separator for Stable and Low-Cost Aluminum Ion Battery（混合電解液實現超快離子傳輸與聚丙烯隔膜兼容的穩定低成本鋁離子電池）”的研究論文。《Advanced Materials》2024年最新影響因子高達27.4，是材料領域公認的頂尖期刊。
論文第一作者為谷思辰副教授指導的北京理工大學深北莫專項碩士研究生郭佳。通訊作者包括谷思辰副教授、南京大學深圳研究院郭少華教授以及北京理工大學吳川教授。深北莫材料科學系的聶萬麗副教授，以及俄羅斯籍副教授Sergey Ryazantsev和Sergei Malyshev亦對文章做出了重要貢獻。本項研究通過引入氟苯稀釋劑優化離子液體電解液，加快了液相離子傳輸速率，循環壽命突破7500小時，首次實現鋁離子電池與商用聚丙烯隔膜的兼容，使電池成本降低60%，為鋁離子電池規模化應用奠定了關鍵材料基礎。
鋁離子電池因高容量（2980 mAh g-1）、低成本和高安全性，是下一代大規模儲能的理想選擇。然而，傳統離子液體電解液中離子速率擴散慢，導致鋁沉積不均勻，容易引發短路等問題；而且離子液體黏度大，只能匹配昂貴的玻璃纖維隔膜，導致鋁離子電池成本高昂，難以實用化。如何突破離子傳輸瓶頸并兼容低成本隔膜成為了制約鋁離子電池實用化的核心挑戰。本工作通過在離子液體中引入氟苯作為共溶劑，構建了IL-FB（1:5）混合電解液體系。氟苯分子有效屏蔽了離子間強靜電作用，降低了電解液黏度，提升了離子擴散速率和極限電流密度，實現了鋁的均勻沉積，極大提升了鋁負極的長循環穩定性。
使用復合電解液的Al||Al對稱電池在8 mA cm-2 8 mAh cm-2的大電流密度和容量下可以循環7500小時以上，創下鋁負極性能記錄。界面表征結果顯示鋁表面會形成富含氟化鋁和離子分解產物的穩定固體電解質界面，抑制副反應。由于表面張力下降，復合電解液對聚丙烯隔膜的浸潤性極大提升，使得鋁離子電池可以與低成本的商用聚丙烯隔膜兼容，對比傳統玻璃纖維隔膜的鋁離子電池成本下降60%，為鋁離子電池走向實用化提供了關鍵技術支持。
文章鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202419865
谷思辰副教授簡介：谷思辰，深圳北理莫斯科大學材料系副教授。2019年于北京理工大學獲得博士學位，2019年至2021年在清華大學深圳國際研究生院進行博士后研究工作，以第一作者和通訊作者在Nature Communications，Energy & Environmental Science，Advanced Materials等期刊發表多篇研究型論文，包含ESI高被引論文兩篇。獲得國家自然科學基金，廣東省普通高校重點領域專項，深圳市穩定支持計劃等經費資助。研究方向為多電子體系電池、輕金屬負極電池。
研究團隊簡介：新型電池材料研發實驗室，依托深北莫材料科學系和前沿交叉技術研究院建設成立，于2023年正式掛牌。實驗室研究聚焦二次電池，具體包含新型多電子體系電池、輕金屬負極電池、固態電池、高能量密度鋰離子電池、鋅離子電池、鈉離子電池、納米材料與有機材料設計及其在電池中的應用等。2024年，平臺申請獲得廣東省普通高校創新團隊項目（自然科學）“能量轉換與存儲材料中俄聯合創新團隊”。
