太阳能、风能等清洁可再生能源存在不稳定、间歇性等问题，需要与储能电池配合使用。现有的电池储能系统仍存在诸多问题，如锂离子电池存在资源稀缺、安全性不高等问题，铅酸电池存在循环寿命短、能量密度低、毒性大、环境污染严重等问题，迫切需要发展高丰度原料、高性能电极、高安全电池新体系。长循环寿命铝离子电池是新近发展起来的以铝金属为负极，以富含四氯化铝离子的室温离子液体或熔融盐作为电解液的一种新型储能系统，具有负极比容量高、资源丰富、轻质安全等优势，前景广阔。铝离子电池潜力巨大，寻找廉价电解液和优质碳正极材料是大家目前所聚焦解决的两个关键问题。

  浙江大学高超教授课题组在前期工作的基础上，提出了一种低成本铝离子电池体系：膨胀石墨正极+盐酸三乙胺电解液。新电池体系采用商业化的膨胀石墨作为正极，通过简单的压制成膜，在5 A g-1的电流密度下，正极容量可以达到78.3 ± 4.1 mAh g^-1 (156.6 ± 8.2 mAh cm^-3)，并可以循环30 000次（容量保持率77.5%）。通过涂覆方法（与现有锂离子电池电极制备工艺兼容），膨胀石墨正极膜的面负载可以达到6.16 mg cm^-2，在1 A g^-1的电流密度下，正极容量达到101mAh g^-1 (207 mAh cm^-3)，能稳定循环11 500次（容量保持率95.5%）。这项工作的发表为铝离子电池的商业化应用奠定了坚实基础。

图1.膨胀石墨、膨胀石墨-盐酸三乙胺体系铝离子电池软包验证图

图2.涂覆法膨胀石墨正极的长循环性能

  该项工作发现并确认了，新体系中阴离子沉积对铝离子电池容量的额外贡献，补充了现有铝离子电池的阴离子插层理论。研究团队正在努力，进一步提高正极材料的容量，以优化新体系的电化学性能。

图3.膨胀石墨-盐酸三乙胺电池体系CV曲线，阴离子插层和沉积机理示意图

  上述工作以“Commercialexpanded graphite as high-performance cathode for low-cost aluminum-ion battery”为题发表在最新一期Carbon上，由团队董晓忠博士和硕士生徐晗彦共同完成。团队前期工作包括：铝离子电池石墨烯正极的“无缺陷”设计原则（Adv. Mater. 2016, 29, 1605958; Adv. Energy Mater.2017, 7, 1700051），“三高三连续”设计原则（Sci. Adv. 2017, 3, eaao7233），铝枝晶现象及其抑制机理（ACS Appl. Mater. & Inter., 2017, 9, 22628），低成本电解液体系（Energy Storage Materials 2018, DOI: 10.1016/j.ensm.2018.08.003）。

  论文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.03.080