汪国秀、Doron Aurbach、 周栋，Angew. Chem. Int. Ed.：聚阳离子固态电解质助力低成本氯离子电池

第一作者：阳旭

通讯作者：汪国秀*，Doron Aurbach*，周栋*

单位：悉尼科技大学，巴伊兰大学，清华大学深圳国际研究生院

氯离子电池是一种新型的可充电电池系统，其运行原理类似于锂离子电池，其中氯离子作为载流子在电极之间穿梭。氯离子电池具有高达约1100 Wh kg⁻¹和2500 Wh L⁻¹的理论能量密度。得益于氯元素的丰富性，氯离子电池也具有较大的成本优势，因此在电化学储能领域有较大的应用前景。然而，大多数已报道的氯离子电池只能使用昂贵的锂金属作为负极。因此，设计新的电解质以支持低成本和兼容的负极材料仍然是氯离子电池发展的主要挑战。铝在地壳中的存量丰富、分布广泛；同时铝金属的电位相对较低和体积比容量较高，是一种理想负极材料。将铝金属负极与氧氯化铁正极匹配有望构建高性能和低成本氯离子电池。

近日，来自澳大利亚悉尼科技大学的汪国秀教授、以色列巴伊兰大学的Doron Aurbach教授、清华大学深圳国际研究生院的周栋助理教授（共同通讯）合作，在国际知名期刊Angew. Chem. Int. Ed. 上发表题为“Design of Solid Polycationic Electrolyte to Enable Durable Chloride-Ion Batteries”的研究论文。该论文报道了一种合理设计的聚阳离子固态电解质，首次实现了低成本铝金属负极在室温氯离子电池中的应用。

作者将通过将1-烯丙基-3-甲基咪唑鎓阳离子原位热聚合制备了这种聚阳离子固态电解质。与离子液体电解质相比，所制备的固体聚阳离子电解质有效地消除了基于离子液体或非水溶液的传统电解质系统所遇到的空气敏感性和液体泄漏的危害。

分子动力学建模和实验表征验证了固体聚阳离子电解质内的定制的离子配位结构。这种离子配位结构不仅提高了离子传导性（25°C 时离子电导率为1.3×10⁻² S cm⁻¹）和电荷载流子的阴离子迁移数，而且还形成了电极和 电解质之间的兼容界面层，可有效避免电极在循环过程中的劣化（即阻止负极上的 Al 枝晶沉积和正极侧的 FeOCl 降解）

凭借这种聚阳离子固态电解质，所开发的 Al||FeOCl室温氯离子电池可以提供约250 mAh g⁻¹的高放电比容量，并具有更长的循环性能。这项工作为开发高能量、耐用且低成本的室温氯离子电池提供了一个有前景的研究方向。

Design of Solid Polycationic Electrolyte to Enable Durable Chloride-Ion BatteriesXu Yang, Zhiqiang Fu, Ran Han, Yaojie Lei, Shijian Wang, Xin Zhao, Yuefeng Meng, Hao Liu, Dong Zhou*, Doron Aurbach*, Guoxiu Wang*.Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202405750.

汪国秀教授：澳大利亚悉尼科技大学（UTS）教授，清洁能源技术中心主任、杰出教授。入选英国皇家化学会会士（2017）、国际电化学学会会士（2018），欧洲科学院院士(2020), 2018-2022连续5年入选科睿唯安材料领域“全球高被引科学家”。汪教授致力于材料化学、电化学、储能与转换、电池技术、二维材料等方面的研究，发表论文680篇，被引量达75000余次，H指数150。

Doron Aurbach教授：曾任以色列国家实验室评审局主席(2010-2016)。他领导研究小组长期致力于电化学、表面和材料科学的前沿课题，在能源领域的基础研究和先进技术方面作出重要贡献，在Nature等学术期刊上发表了超过540篇文章，被引用次数超过99000次，获得25项发明专利，主编和参与编著了12本国际科学专著。Doron Aurbach教授还担任Journal of The Electrochemical Society期刊高级编辑，是美国电化学学会、美国材料学会和国际电化学学会会士，2015年当选欧洲科学院院士。

周栋助理教授：现为清华大学深圳国际研究生院助理教授、博士生导师。2017年博士毕业于清华大学材料学院，师从康飞宇教授。其后先后加入澳大利亚悉尼科技大学清洁能源技术中心和日本东京大学理学院从事博士后研究。研究方向主要为新型二次电池的电极、电解质材料研究及界面行为分析。目前以第一/通讯作者在Nature Energy, Nat. Nanotechnol., Nat. Rev. Mater., Nat. Commun., Chem. Rev., Chem, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Energy Environ. Sci., Nano Lett.等期刊发表论文40余篇，总被引7700余次（谷歌学术）。当选日本JSPS Fellow、澳大利亚DECRA Fellow。2020年获得广东省自然科学一等奖。