可充电铝电池正极材料的电荷存储机理

为了实现“碳中和”目标，最有效的策略之一是增加清洁和可再生能源（如风能、潮汐、太阳能等）的比例，这可以显著降低温室气体（CO₂）的排放。由于可再生能源的间歇性和分布不均匀，开发低成本、可靠的大规模储能设备对于向智能电网或分布式微电网提供可持续电力至关重要。可充电铝电池因其容量大、成本低、安全性高、铝资源丰富等优点，已成为大规模储能领域最具潜力的电池之一。然而，与铝金属负极相比，正极材料面临着比容量低、大多数主体结构动力学相对迟缓和循环寿命有限等问题，限制着可充电铝电池的进一步实际应用。在过去的几年里，人们一直致力于开发新的正极材料或设计纳米结构，以极大地提高可充电铝电池的电化学性能。除了基于纳米技术的电极结构设计，正极材料的内在化学结构和电荷存储机制在彻底改变电池性能方面发挥着更为重要的作用。

最近，北京大学材料科学与工程学院庞全全课题组（课题组主页http://pang-eetl-pku.com/）及合作者从化学反应的角度对可充电铝电池正极材料的电荷存储机制进行了系统总结和深入分析。首先，重点介绍了正极材料的基础化学特性、电荷存储机理和设计原理。根据存储载流子（Al³⁺、AlCl₄^-、AlCl₂⁺/AlCl²⁺和Cl^-）的不同，将当前正极材料分为四种类型。然后，详细讨论了各自的典型电极结构、优化策略、电化学性能和电荷存储机制，建立了其化学-结构-性能关系。最后，展望了可充电铝电池的未来发展方向。该综述了目前对铝电池正极材料电荷存储机制的认识，将为高性能正极材料的合理设计奠定基础，有望开辟新的方向，并为针对目标正极体系设计新的电解质体系提供了机遇。

该综述以“Charge storage mechanisms of cathode materials in rechargeable aluminum batteries”为题在线发表于SCIENCE CHINA Chemistry。

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