Anodos reversibles de metal Al habilitados por amorfización para baterías de aluminio acuoso

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Almacenamiento de energía

Sus antecedentes:

• Las baterías de metal acuoso de aluminio (AMB) ofrecen un almacenamiento de energía sostenible y de alta capacidad, pero enfrentan desafíos con el recubrimiento de aluminio y las reacciones parasitarias.
• Estos problemas limitan el voltaje de descarga y dificultan el desarrollo práctico de las AMB.
• Las AMB acuosas existentes luchan con la deposición inestable de aluminio y las reacciones secundarias.

Objetivo del estudio:

• Para abordar las limitaciones de los revestimientos de aluminio y las reacciones parasitarias en las baterías de metal acuoso de aluminio.
• Mejorar el rendimiento de los ánodos metálicos de aluminio para mejorar el almacenamiento de energía.
• Demostrar la amorfización como una estrategia viable para el diseño de ánodos de aluminio avanzados.

Principales métodos:

• Proceso in situ de aleación/deslegación de iones de litio para crear una capa interfacial amorfa de aluminio (a-Al) en un sustrato metálico de Al.
• Investigaciones experimentales y teóricas para comprender las propiedades estructurales y electroquímicas de la capa α-Al.
• Pruebas electroquímicas de celdas simétricas y de celdas completas utilizando ánodos a-Al en electrolito Al2 (SO4) 3.

Principales resultados:

• La estructura amorfa reduce significativamente la barrera de energía de nucleación para la deposición de aluminio, promoviendo el recubrimiento sobre la reacción de evolución del hidrógeno (HER).
• La HER inhibida y la cinética interfacial mejorada permiten un recubrimiento/descubrimiento de aluminio estable durante 800 horas en células simétricas.
• Las celdas llenas con ánodos de Al@a-Al exhiben un aumento de 0,6 V en la meseta de voltaje de descarga en comparación con los ánodos de Al desnudos, superando a las AMB acuosas existentes.

Conclusiones:

• La amorfización es una estrategia efectiva para superar problemas críticos en las baterías de metal acuoso de aluminio, lo que permite una deposición eficiente de aluminio y un voltaje más alto.
• El ánodo de aluminio amorfo desarrollado demuestra una excelente estabilidad y rendimiento electroquímico en un electrolito sostenible y libre de flúor.
• Este trabajo allana el camino para el diseño de anodos metálicos de alto rendimiento, reversibles y de alta tensión para baterías de metal acuoso de próxima generación.