【东大新闻网8月17日电】（通讯员 贺加瑞）近日，东南大学能源与环境学院贺加瑞教授团队联合西北农林科技大学机械与电子工程学院朱铭强教授团队，在水系铝离子电池界面化学调控领域取得重大理论与实验突破，相关成果以《氯桥重构双电层实现高性能水系铝离子电池定向沉积》（Chloride-bridge reshaped electric double layer enables oriented deposition for high-performance aqueous aluminium ion batteries）为题，发表于国际材料领域顶级期刊《先进材料》（Advanced Materials）。该研究首次提出“氯桥”介导界面双电层重构全新范式，一举破解水系铝电池析氢失控、界面钝化、金属枝晶三大行业瓶颈，为水系多价金属电池界面设计搭建起完整理论与应用体系。
水系铝离子电池凭借原料储量丰富、本征安全的特点，是大规模电化学储能极具前景的候选体系。研究围绕水系铝离子电池“卡脖子”问题，从三大难点入手，贺加瑞教授团队从溶剂化结构调控、界面双电层重构与晶体沉积取向控制三个维度出发，展开系统性攻关，力求打破析氢、钝化与枝晶生长之间的恶性循环，为水系铝离子电池的实用化开辟可行路径。
首先是通过溶剂化控制，降低去溶剂化能垒，抑制水活性。三价铝离子因高电荷密度在水中形成稳定六水合配位结构，还原前需克服巨大去溶剂化能垒。团队引入三氯乙醇添加剂，其羟基与三氯甲基双官能团主动参与配位，将铝离子配位水分子数由6降至4.19，有效稀释电荷密度、削弱去溶剂化活化能；同时减少界面自由水数量，从源头抑制析氢反应，打破传统“高浓度抑制水活性”的单一范式。
图1.（原论文图1）TCE对体相电解液环境和电化学窗口的影响。
第二是界面重构，形成疏水自组装膜，清除钝化层。三氯乙醇在铝表面吸附能远高于水分子，自发形成有序疏水自组装单分子层，物理阻隔水分子接触金属铝，并选择性富集铝离子、重塑双电层电势分布，热力学层面抬升析氢门槛。电化学测试表明，界面阻抗由5000 Ω骤降至210 Ω；原位生成2–4 nm超薄多层膜（疏水外层/杂化中间层/富氯化铝内层），彻底清除原生氧化钝化层，保障离子快速传输。
图2.（原论文图3）多功能界面重构与界面组分分析。
第三是定向沉积：氯桥模板引导（111）晶面择优生长。界面有序氯离子形成氯桥网络，其空间排布与铝（111）晶面晶格间距高度匹配，引导铝原子沿表面能最低的（111）面二维平铺生长，从根本上避免无序枝晶。沉积层呈现单一（111）织构，表面粗糙度下降一个数量级，对称电池实现800小时稳定循环，极化无抬升，证实氯桥模板对晶体取向的精准调控能力。
图3.（原论文图4）氯桥引导Al3+沿Al(111)晶面定向沉积。
东南大学博士生杨晓虎为论文第一作者，贺加瑞、朱铭强为共同通讯作者。论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202674195
供稿：能源与环境学院
（责任编辑：孙艳 审核：宋业春）
