山东科技大学林孟昌、杜惠平等利用低成本AlCl₃/Et₃NHCl（Et₃NHCl：三乙胺盐酸盐）离子液体与聚酰胺的凝胶化作用，通过简单的混合方法制备了新型凝胶聚合物电解质。该凝胶聚合物电解质在室温条件下表现出较高的离子电导率（3.86× 10^-3 S cm^-1）、宽电化学窗口（2.6 V vs. Al）及长期界面稳定性。另外，与离子液体相比，该凝胶聚合物电解质表现出较低的水分敏感性和腐蚀性。采用该凝胶聚合物电解质组装的铝-石墨电池表现出较好的倍率性能、较长的循环性能以及优异的抑制自放电性能。该工作以“Low-Cost Gel Polymer Electrolyte for High-Performance Aluminum-Ion Batteries”为题，发表于《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊。

1.凝胶电解质基本性质

图1.（a）上部分为AlCl₃/Et₃NHCl（AT）离子液体，下部分为AT基凝胶；

（b）AT基离子液体与d凝胶拉曼图谱

  该凝胶聚合物电解质制备方法简单，只需将离子液体与聚酰胺混合，进行简单的加热搅拌即制备了四种不同比例的AlCl₃/Et₃NHCl的凝胶聚合物电解质。从拉曼图谱可以看出凝胶与离子液体的有效成分是一样的，均为Al₂Cl₇^-和AlCl₄^-阴离子，这说明不同凝胶电解质均可应用于铝离子电池。

  2.凝胶电解质的电化学性能以及电池性能

  通过对比不同凝胶聚合物电解质用于铝-石墨电池的倍率性能，可以看出AT1.7 PA电解质在比容量、库伦效率等方面均表现出优异的性能。因此本文着重对AT1.7 PA电解质进行研究。从AT1.7与AT1.7 PA的LSV曲线可以看出，AT1.7 PA具有与AT1.7相当的电化学窗口；凝胶的VTF方程拟合显示出较低的离子传输能量势垒；凝胶在3800个小时的恒流极化中表现出稳定的极化电压，说明界面较稳定。采用该凝胶电解质组装的铝-石墨电池室温条件下稳定循环2000圈，优于之前文献报道的凝胶铝-石墨电池的性能。

  3.采用凝胶电解质的铝-石墨电池工作机理

图3.采用凝胶电解质的铝-石墨电池的（a）原位XRD图谱；（b）充放电曲线；（c）原位Raman图谱

  从电池原位XRD图谱及原位Raman图谱可以看出，在正极发生的是嵌入反应，与文献中报道的离子液体铝-石墨电池反应一致。

  4.凝胶电解质的功能性

图4.AT1.7与AT1.7 PA分别暴露在空气中10分钟后（a）沉积溶解铝的CV曲线；（b）组装铝-石墨电池的循环性能

  从CV曲线可以看出，AT1.7暴露于空气后，失去电化学活性，不能沉积溶解铝，而AT1.7 PA则表现出正常的沉积溶解铝的性能；将两种电解质分别组装铝石-墨电池，AT1.7在暴露于空气后组装的电池几乎没有容量，而AT1.7 PA仍然可以正常充放电，说明AT1.7 PA具有低水分敏感性。

图6.（a）AT1.7 PA与（b）AT1.7组装纽扣铝-石墨电池循环后的电池壳照片

  可以看出AT1.7 PA所组装的纽扣铝-石墨电池可以正常充放电循环，而AT1.7组装的纽扣铝-石墨电池在几个循环后则不能充放电。分别将纽扣电池拆开，可以看出，使用AT1.7 PA的纽扣电池几乎没有腐蚀痕迹，而使用AT1.7的纽扣电池腐蚀较为严重，可见凝胶能够抑制漏液腐蚀。

图7.使用AT1.7与AT1.7 PA 电解质铝/石墨电池自放电性能对比

  将AT1.7与AT1.7 PA电解质分别组装铝-石墨电池并将其充满电，搁置100个小时后，使用两种电解质的铝-石墨电池开路电压分别衰减到1.84 V和2.15 V。该凝胶还具有抑制铝离子电池自放电的性能。