Le batterie agli ioni di litio (LIB) sono la fonte di alimentazione dominante per l'elettronica portatile e i veicoli elettrici. Però, la capacità teorica relativamente bassa dell'anodo di grafite (372 mAh g ^-1 ) ostacola il miglioramento della densità energetica dei LIB. Perciò, lo sfruttamento di materiali anodici ad alta capacità sta attirando sempre più attenzione.

Tra i vari materiali anodici, l'alluminio (Al) è un candidato promettente grazie alla sua eccellente conduttività, elevata capacità teorica, basso potenziale di scarica, abbondanza naturale, e soprattutto a basso costo. Però, Gli anodi a base di alluminio sono solitamente studiati in semicelle o celle piene con bassa densità areale del catodo ( <2 mg cm-2) che è tutt'altro che un requisito pratico.

Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Tang Yongbing e dal Dr. Zhang Miao presso gli Istituti di tecnologia avanzata di Shenzhen (SIAT) dell'Accademia cinese delle scienze ha pubblicato un documento intitolato "Uniform Distribution of Alloying/Dealloying Stress for High Structural Stability of Al Anode in Batteria agli ioni di litio ad alta densità areale" accesa Materiale avanzato , che ha mostrato come i ricercatori hanno migliorato le prestazioni ciclistiche delle batterie a base di Al con un catodo ad alta densità areale.

Negli studi precedenti, il team ha sviluppato una nuova configurazione della batteria agli ioni di litio ad alta efficienza e basso costo, che utilizzava un design integrato di un foglio di alluminio per sostituire l'anodo di grafite e il collettore di corrente in Cu dei LIB convenzionali, omettendo i materiali anodici convenzionali. Così, peso morto e volume morto potrebbero essere notevolmente ridotti, migliorando ulteriormente la densità energetica di questa batteria. Tuttavia, questo anodo integrato ha anche un problema con la stabilità del ciclo quando assemblato con un catodo ad alta densità d'area.

In questo lavoro, il team ha scoperto che il cracking e la polverizzazione dell'anodo di Al potrebbero essere attribuiti alla reazione irregolare di carica/scarica lungo i confini di Al incontaminato, che ha portato alla concentrazione dello stress e al fallimento finale dell'anodo di Al. Hanno quindi scoperto che era possibile prolungare la durata dell'anodo di Al tramite una distribuzione uniforme dello stress di lega/delega.

Tang e i suoi collaboratori hanno promosso una strategia di codeposition inattiva (Cu) e attiva (Al) per distribuire omogeneamente i siti di lega e disperdere lo stress dell'espansione del volume, che è vantaggioso per ottenere la stabilità strutturale dell'anodo di Al (cioè Cu-Al@Al).

A causa della reazione omogenea e della distribuzione uniforme dello stress durante il processo di carica/scarica, la batteria completa di Cu-Al@Al assemblata con un alto LiFePO ₄ la densità areale del catodo di 7,4 mg cm-2 ha raggiunto una ritenzione della capacità di ~88% su 200 cicli, che è la migliore prestazione degli anodi di Al in batterie piene con un catodo di così alta densità areale.

Lo studio suggerisce che questo design inattivo/attivo fornisce un modo praticabile per risolvere il problema degli anodi di Al e offre possibilità per applicazioni pratiche degli anodi di Al.