可充电铝电池（RABs）以其丰富的资源储量和独特的性能优势，如高铝丰度和成本优势，已成为储能创新的焦点。然而，RABs的发展受到一些挑战的阻碍，特别是铝阳极在循环过程中容易发生腐蚀、钝化和枝晶生长，导致电池容量快速退化和循环寿命缩短，这极大地阻碍了它们的商业化和实际应用。综合研究表明，电镀/剥离过程中Al枝晶的形成主要受以下关键因素调控：（i）电极表面微观异质性的影响。铝电极的表面粗糙度、杂质及氧化层缺陷等微观结构异质性，导致局部电化学活性差异和电流密度分布畸变，在表面凸起区域形成电荷富集中心，加速金属离子的优先还原和晶核的择优生长；（ii）传质动力学的制约。浓差极化引发的离子浓度梯度场中，当固/液界面的沉积速率超过体相扩散速率时，局部区域的离子耗尽将诱发空间电荷层重构，形成枝晶生长的自催化环境；（iii）高倍率下的动态失衡。在临界电流密度阈值以上，受限于离子迁移数不足和双电层动态响应迟滞，电极表面形成非均匀的离子通量分布，导致金属沉积的时空异质性加剧；（iv）过电位驱动的形核竞争。当体系偏离热力学平衡态时，较高的过电位不仅降低形核能垒，同时引发晶体生长动力学与表面扩散过程的失配，促进三维枝晶结构的纵向生长而非二维外延生长。因此，通过优化电极/电解质界面来抑制枝晶，提高Al阳极的稳定性至关重要。

目前，为了实现稳定的阳极，已经设计了各种优化电极/电解质界面的策略，如阳极结构设计、保护层的应用、隔膜功能化和电解质优化。值得注意的是，电解质对改善电池内部的离子传输至关重要，其化学成分和浓度显著影响离子传输动力学，以及Al阳极的形态和反应机制在影响电解液性能的诸多因素中，添加剂的引入为优化RABs的性能提供了一种新的策略。合适的添加剂可以提高离子电导率，抑制电极表面的副反应，提高界面稳定性，从而提高充放电效率、循环寿命和能量密度。因此，加入适当的添加剂来优化电解质内的离子传输动力学和调节电极界面被认为是一种有前景的策略，可以显著减少枝晶的形成，提高电池的电化学性能。

图1. (a) RABs中Al阳极/电解质界面示意图。(b)不同状态（静置、充电、放电）下电极表面SDBS分布示意图。

图2. (a) 纯ILs和SDBS优化电解质中沉积Al的机理示意图。（h-i）纯ILs和SDBS优化电解液中铝电镀/剥离过程的原位光学显微镜图像。

针对这一问题，西安交通大学化学学院熊礼龙团队发现阴离子表面活性剂（十二烷基苯磺酸钠，SDBS）作为一种具有成本效益的添加剂，在用作电解质添加剂时，通过动态均匀化界面电场来稳定Al阳极/电解质界面（图1a）。最初，SDBS中烷基链的表面张力有利于在电极上形成吸附层，减轻氯铝酸离子液体（ILs）对Al阳极的腐蚀，从而增强其保护效果和表面均匀性。随后，SDBS吸附层中的负离子在Al阳极表面形成-SO₃静电屏蔽，而苯环调节吸附层的电负性。这些结构可以优化离子迁移，减少浓度极化，确保离子均匀分布在电极表面，防止离子富集或耗尽。它们还可以调节离子还原反应速率，平衡离子在晶核上的沉积和扩散速率，从而防止局部Al原子的积累。最终，SDBS吸附层保证了Al阳极上均匀的电场分布和电流密度，促进了Al的细小的颗粒和致密沉积，从而避免不规则的枝晶。本研究作为一种精准调控电解质特性和电极/电解质界面行为的方法，为解决铝阳极的稳定性挑战提供了一种有前景的策略。

该研究成果以“Uniform Ion Flow Effect of Dynamic Electrostatic Shielding Layer for Facilitating Homogeneous Nucleation and Deposition on Aluminum Anode”（动态静电屏蔽层的均匀离子流效应促进铝阳极的均匀形核和沉积）为题发表在国际化学领域权威期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上，西安交通大学化学学院为唯一通讯单位。论文第一作者为西安交通大学博士生谢月洪，通讯作者为西安交通大学化学学院熊礼龙副教授。论文的表征及测试得到了西安交通大学分析测试共享中心的支持。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202501153

熊礼龙副教授课题组主页：

https://gr.xjtu.edu.cn/web/lilongxiong/home