研究人員利用一種有機氧化還原聚合物開發出了一種鋁離子電池正極材料，其容量高於石墨。這種電極材料成功地進行了5000 次充電循環，在10 C 溫度下保持了88% 的容量，標誌著鋁電池開發取得了重大進展。

一個研究小組創造出一種有機氧化還原聚合物，可用作鋁離子電池的正極。鋁離子電池正在成為傳統電池的潛在替代品，因為傳統電池依賴於鋰等難以獲取且難以回收的材料。這種轉變歸因於鋁在地殼中的豐富含量、其可回收性，以及相對於鋰的安全性和成本效益。

儘管如此，鋁離子電池的發展仍處於早期階段，因為研究人員仍在尋找能夠提供足夠存儲容量的適當電極材料。最近，由烏爾姆大學的Birgit Esser 博士、弗萊堡大學的Ingo Krossing 博士和Anna Fischer 教授領導，Gauthier Studer 負責的研究小組在這一領域取得了突破性進展。研究小組開發了一種正電極材料，由一種基於吩噻嗪的有機氧化還原聚合物組成。

在實驗中，使用這種電極材料的鋁電池存儲的容量達到了以前從未達到的每克167 毫安時（mAh/g）。因此，這種有機氧化還原聚合物的容量超過了石墨，而迄今為止，石墨主要用作電池的電極材料。該研究成果發表在《能源與環境科學》（Energy & Environmental Science）雜誌上。

將電極材料插入複雜的鋁陰離子

在電池充電過程中，電極材料會被氧化，從而吸收復雜的鋁陰離子。這樣，有機氧化還原聚合物聚（3-乙烯基-N-甲基吩噻嗪）就能在充電過程中可逆地插入兩個[AlCl4]-陰離子。研究人員使用離子液體乙基甲基氯化咪唑作為電解質，並添加了氯化鋁。

電池示意圖顯示了電極材料被氧化、鋁酸陰離子沉積的氧化還原過程。圖片來源：Birgit Esser /弗萊堡大學

“鋁電池研究是一個令人興奮的研究領域，在未來的儲能係統中具有巨大潛力，”Gauthier Studer 說。”我們的重點是開發具有高性能和可逆特性的新型有機氧化還原活性材料。通過研究聚（3-乙烯基-N-甲基吩噻嗪）在氯鋁酸鹽基離子液體中的氧化還原特性，我們取得了重大突破，首次證明了吩噻嗪基電極材料的可逆雙電子氧化還原過程。”

在10 攝氏度條件下進行5,000 次充電循環後，電池仍能保持88% 的容量

聚（3-乙烯基-N-甲基吩噻嗪）能在0.81 伏和1.65 伏的電位下沉積[AlCl4]-陰離子，並提供高達167 毫安時/克的比容量。相比之下，作為鋁電池電極材料的石墨的放電容量為120 毫安時/克。經過5000 次充電循環後，研究小組展示的電池在10 C（即充放電速率為6 分鐘）條件下仍具有88% 的容量。在較低的C 速率下，即充放電時間較長的情況下，電池仍能恢復到原來的容量。

Birgit Esser 說：”這種電極材料具有放電電壓高、比容量大以及在快速C 速率下容量保持率高的特點，代表了可充電鋁電池開發領域的一大進步，因此也代表了先進且經濟實惠的儲能解決方案的一大進步。