近日，湘潭大学湖南先进传感与信息技术创新研究院魏晓林教授、魏同业、许望平副教授团队在能源领域国际顶级期刊《先进能源材料》（Advanced Energy Materials，中科院 1 区 Top 期刊，影响因子 26）发表了题为《High-Rate Aqueous Aluminum-Ion Batteries Enabled by Lewis-Acid Chloride Electrolyte Additives and BiOI Cathodes》的研究论文。该研究突破了水系铝离子电池离子扩散动力学慢、循环稳定性差等核心技术瓶颈，为大规模储能系统用低成本、高倍率水系铝离子电池的开发与应用提供了全新技术路径与关键实验支撑，也为该领域后续基础研究与产业化技术落地指明了方向。论文第一作者为研究院硕士研究生余昌玺，博士研究生陈志康为共同第一作者，魏晓林教授、魏同业、许望平副教授为共同通讯作者，湘潭大学湖南先进传感与信息技术创新研究院为论文第一完成单位。
水系铝离子电池（AAIBs）凭借铝元素高自然丰度（约 8.21%）、低成本（1.9$ kg⁻¹）与高理论容量（8035 mAh cm⁻³，2976 mAh g⁻¹）等优势，成为大规模储能系统的理想备选技术。然而，Al³⁺高电荷密度带来的强库仑相互作用，严重限制离子扩散动力学，易引发正极材料不可逆结构退化，导致电池高过电位、循环性能差等问题，成为制约水系铝离子电池实用化与规模化应用的核心障碍。
研究团队针对水系铝离子电池产业化关键痛点，聚焦电解液溶剂化结构调控与 Lewis 酸界面环境构建，开展了系统性创新研究。团队通过引入 Cl⁻精准调控电解液溶剂化结构，构建 Lewis 酸界面环境，深入解析了离子传输与界面反应机制，系统探究了绣球花状 BiOI 正极与锌负极在改性电解液中的电化学行为，阐明了氯离子掺杂对电极界面结构与电池性能的优化机理。
图1 BiOI的形貌、化学组成和化学键合状态。(a,b) SEM图像。(c,d) TEM和SAED图像。(e) HRTEM图像。(f) 元素映射图。(g) XRD图谱。(h) XPS谱图。(i) FTIR谱图
研究结果表明，该调控策略为水系铝离子电池性能提升提供了全新解决方案。Cl⁻部分取代 BiOI 晶格中 I⁻并构建 Lewis 酸界面，可有效削弱水氢键网络、改变界面反应路径，抑制析氢与负极腐蚀、钝化等副反应，显著提升 Al³⁺快速脱嵌动力学；所制备的 Zn/AC10/BiOI 电池在 5 A g⁻¹ 高电流密度下，比容量达 203 mAh g⁻¹，1500 次循环后容量保持率仍为 94.1%，库仑效率接近 100%；同时依托 BiOI 强可见光吸收特性，研发的光可充电水系铝离子电池，在光照下放电容量提升 23.1%（0.5 A g⁻¹ 下从 242 mAh g⁻¹ 增至 298 mAh g⁻¹），推动水系铝离子电池从基础性能优化，转向兼顾高倍率、长循环、光辅助充放电的多功能集成，有效弥合实验室研究与大规模储能应用之间的技术鸿沟。
图2 电解液的溶剂结构表征及Al离子传输机理分析。(a) 拉曼光谱中O—H峰的面积比例。(b) 相应的氢键比例总结。在不同电解液中O—H键的(c)伸缩振动和(d)弯曲振动的FTIR谱图。(e) 在不同电解液中的¹H—NMR谱图。(f) 室温下Zn/AW/BiOI和Zn/AC10/BiOI在低频区的-Z''与ω¹/²关系线（插图：EIS谱图）。(g) 塔菲尔曲线。(h) Zn||Zn的EIS谱图和离子电导率。(i) 具有不同电解液的Zn||Zn电池的表观去溶剂化活化能。
湖南先进传感与信息技术创新研究院科研团队聚焦新一代信息技术与新能源材料领域，在碳基集成电路、新型传感器、高性能储能器件等方向取得多项重要成果，并已建成全球首条碳基传感芯片示范线，加速核心技术产业化。此次在水系铝离子电池领域的突破性成果，进一步完善了研究院新能源与传感交叉技术研究体系，为大规模储能系统用低成本水系电池的临床转化与产业化发展奠定了坚实的学术和技术基础。
