铝离子电池（AIBs）因其高能量密度、成本效益和环境可持续性而成为有前景的候选材料[[1], [2], [3], [4], [5]]。然而，在电化学循环过程中形成的枝晶对AIBs的实际应用构成了重大挑战[6,7]，影响了电池的安全性和效率[8]。阳极氧化铝（AAO）薄膜被认为是AIBs阳极的一种有前景的固体电解质界面（SEI）[[9], [10], [11], [12], [13]]，它通过减少成核点、控制枝晶生长、防止电极分解以及增加活性面积来提高AIBs的性能，使其能够稳定循环45,000次以上[9]和超过1,400小时[11,12]。
然而，用于AIBs阳极的工业铝箔中固有的Ga杂质（50—200 ppm）难以去除，可能对AIBs的阳极氧化膜构成潜在威胁[[14], [15], [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22]]。由于Ga的高扩散性，它在阳极氧化过程中容易在铝表面富集并融入氧化膜中，这可能导致局部腐蚀或界面失效，严重影响电池的寿命和安全性。研究表明，铝箔的脆化是由表面Ga富集和铝溶解引发的晶间扩散引起的[14,18]。现有的研究主要集中在阳极氧化过程中的Ga富集和薄膜剥离现象[15,16]上。然而，AIBs运行过程中Ga杂质引起的铝箔上AAO薄膜的腐蚀机制仍不清楚，这严重阻碍了稳定铝离子电池的发展。
铝表面上AAO薄膜的腐蚀失效通常在微米甚至纳米级别开始[23]。这需要实时检测薄膜层内的微观腐蚀状态[24]。虽然宏观电化学测试技术（如电化学阻抗谱（EIS）和电位极化（Tafel）可以提供整个薄膜层的宏观平均腐蚀信息，但它们无法揭示薄膜层内微观区域的实时腐蚀变化，包括缺陷分布和蚀坑形成[[25], [26], [27]]。这对宏观电化学方法的检测能力提出了挑战[[28], [29], [30]]。
扫描电化学显微镜（SECM）提供了一种具有1μm分辨率的微区电化学表征新方法[[31], [32], [33], [34], [35]]，是实时监测AAO薄膜中局部腐蚀过程的强大工具。该技术能够准确测量与基底或探针电化学反应相关的法拉第电流，从而实现对腐蚀缺陷、局部离子浓度和动态反应过程的综合检测[26,[36], [37], [38], [39]]。夏大海等人[40]使用SECM研究了有机涂层中人工缺陷内的腐蚀情况，发现缺陷区域的表面反应性明显高于完整区域；席世等人[41]结合电流峰值使用SECM研究了等离子喷涂FeCr纳米复合涂层的局部腐蚀行为。此外，D. Filotás等人[42]利用双圆筒ISME装置通过SECM实现了电镀腐蚀过程中离子浓度分布的高分辨率成像，为复杂腐蚀反应的研究提供了新的见解，而A.M. Sim?es等人[43]扩展了SECM在研究浸入氯化钠水溶液中的铁锌电池腐蚀反应中的应用。我们团队之前使用SECM原位研究了三价铬（CCC）在浸渍初期的局部腐蚀和自修复行为[44]，展示了该技术在动态过程监测方面的原创性。SECM能够高分辨率地检测AAO薄膜中的缺陷和腐蚀演变，填补了宏观电化学技术在微观动态监测方面的空白，并为高稳定性AIBs的发展提供了关键技术支持。
本研究使用SECM的反馈模式原位研究了Ga对AAO薄膜局部腐蚀行为的影响。反馈模式通过检测探针电流的变化来识别缺陷，这些变化反映了基底导电性的差异。为了模拟电池充放电的恶劣条件并加速阳极氧化膜的局部腐蚀过程，在测试过程中施加了阳极极化电压（OCP + 0.1 V）。这种方法减轻了SECM分析AAO薄膜时常见的高阻抗干扰。结合XRD、XPS、SEM-EDS、EIS和Tafel的系统性研究阐明了Ga对AAO薄膜生长和失效机制的影响。这些发现为高稳定性AIB系统的合理设计提供了关键见解。
