综述：构建可充电铝离子电池稳定铝金属阳极的挑战与策略

这篇综述系统探讨了可充电铝离子电池（RAIBs）中铝金属阳极面临的腐蚀、枝晶生长和表面钝化等关键挑战，并总结了包括阳极结构优化、合金/复合阳极设计、人工界面构建等创新策略（如3D Al结构、Al2O3涂层）。文章特别强调了非水（离子液体）与水系电解质的差异性问题，提出了验证水系RAIBs可逆性的合理标准，为高性能铝电池开发提供了前瞻性指导。

　　

摘要

随着电动汽车市场扩张和可再生能源存储需求增长，可充电铝离子电池（RAIBs）因铝资源丰富（地壳含量8.21%）、理论容量高（2980 mAh g^?1和8051.93 mAh cm^?3）及安全性优势备受关注。然而，铝阳极在离子液体电解质中的自腐蚀、枝晶生长，以及水系电解质中的析氢反应（HER）和表面钝化等问题严重制约其稳定性。本文深入剖析了这些挑战的机制，并综述了近年来的创新解决方案。

降解机制

离子液体电解质中的挑战
铝阳极在离子液体中通过AlCl₄^?与Al₂Cl₇^?的可逆转化实现充放电（方程式1）。但高反应活性导致局部电流密度不均，引发枝晶和界面副反应。扫描电镜显示，枝晶会刺穿隔膜造成短路（图2a）。

水系电解质的困境
Al³⁺/Al的低还原电位（?1.662 V vs. SHE）使水系体系更易发生HER和腐蚀。研究指出，某些报道的“可逆”铝阳极实际源于腐蚀副反应，需通过严格的电化学测试（如三电极体系）验证真可逆性。

稳定化策略

3D结构设计
通过构建多孔铝骨架增加比表面积，可降低局部电流密度并均匀离子流。例如，石墨烯包覆的3D铝阳极在离子液体中实现200小时无枝晶循环。

人工界面工程
Al₂O₃涂层或聚合物凝胶电解质能抑制电解质直接接触，减少腐蚀。实验表明，10 nm厚Al₂O₃层可将循环寿命延长5倍。

合金与复合阳极
Al-Sn合金中Sn的导电网络能引导均匀沉积，而Al-C复合材料通过碳基质缓冲体积变化。这类设计在非水体系中容量保持率可达95%。

争议与展望

水系RAIBs的可逆性仍存疑，需建立标准排除伪性能干扰。未来研究应聚焦：

1. 开发新型电解质（如低共熔溶剂）以拓宽电化学窗口；
2. 结合原位表征技术揭示Al³⁺沉积/溶解机制；
3. 探索铝-硫/铝-空气体系的高能量密度潜力。

总结

稳定铝阳极是RAIBs实用化的关键。通过多尺度调控阳极结构、界面和电解质，有望实现高安全、低成本储能系统的突破，推动可再生能源的大规模应用。