可充电铝电池(RABs)具有高能量密度、固有安全性和低成本等优点，是大规模储能设备的潜在候选材料。然而，离子液体(IL)电解质的腐蚀和枝晶的生长严重制约了RABs的应用和发展。迄今为止，已经提出了相当多的策略来解决负极失控的枝晶生长和电解液腐蚀的问题。一是负极结构设计，如激光刻蚀或电沉积腐蚀。遗憾的是，负极结构改性策略往往离不开复杂繁琐的制备过程，这不可避免地增加制造成本。另一种策略是构建人工界面(AIEs)来诱导均匀沉积。然而，通过物理接触构建的AIEs在电池运行过程中容易脱落，并且无法缓冲和承受由铝沉积/剥离引起的体积变化。而调节界面化学的另一有效方法是电解液优化。少量使用的添加剂可以优化电极/电解质界面，调节电池的电极容量、充放电倍率、阴极和阳极匹配、循环和安全等性能。遗憾的是，关于RABs的电解质添加剂的文献和研究工作很少。因此，迫切需要探索和系统地研究用于修饰和优化RABs中电极/电解质界面的电解液添加剂。
针对上述问题，西安交通大学化学学院杜显锋教授团队提出了一种有效的动态分子吸附界面策略，通过引入十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)阳离子表面活性剂作为电解液添加剂在电极表面形成均匀的吸附层，来调节电极/电解液界面。优先吸附的CTAC分子层能够减缓电解液对铝阳极的腐蚀，使得铝阳极表面的电流密度和Al2Cl7-离子均匀分布，诱导铝均匀沉积，抑制尖端效应和枝晶生长；并且其两亲性的分子结构还可以通过改善电极/电解液界面的润湿性来促进离子迁移和扩散。得益于CTAC的界面优化，组装的Al//Al对称电池在3 mA cm−2和1 mAh cm−2下稳定循环超过1200 h。而组装的Al//FG全电池经过600圈循环后，它的比容量增加了10.5% (95 mAh g−1增加至105 mAh g−1)，优于纯IL电解液(380圈循环后开始衰减)。这种有效的动态分子吸附界面策略可为其他电池电解液的界面修饰和调节提供了参考和新思路。
图1. CTAC分子的界面优化示意图
图2. (a)组装的FG//Al全电池的循环性能；(b) FG//Al软包电池的示意图；(c)软包电池为手机充电和点亮灯排的照片
该研究成果以《稳定铝电池的动态分子吸附界面策略》（Dynamic Molecular Adsorption Interface Strategy for Stable Aluminum Batteries）为题发表在国际能源领域顶级期刊Energy Storage Materials《能源存储材料》上（影响因子为20.4）。该论文的第一作者为西安交大化学学院博士研究生谢月洪，论文通讯作者是西安交大化学学院杜显锋教授。西安交通大学为唯一通讯单位。
西安交通大学化学学院杜显锋教授长期从事电解电容器、锂（钠）离子电池、铝离子电池、超级电容器、柔性可穿戴传感器的电极材料、电介质、电解质、固体化、柔性化、一体化等研究，荣获教育部科技进步奖一等奖一项。目前已在Adv. Funct. Mater., Energy. Stor. Mater., Nano. Energy., J. Mater. Chem. A, Carbon, ACS Appl. Mater. Inter., Adv. Mater., Inorg. Chem. Front., J. Am. Ceram. Soc.等国际知名学术期刊和国际会议上发表相关研究论文70余篇，申请发明专利近50项。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829724003726#sec0002
杜显锋教授课题组主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/xianfengdu
