Al³⁺与密排晶体结构之间的强静电相互作用，以及传统阳离子氧化还原正极的单电子转移能力，使得发展高性能可充电铝电池极具挑战性。

为了打破多价金属离子存储中晶态正极容量低、可逆性差的问题，中科院物理研究所索鎏敏、禹习谦研究员提出了一种新的非晶化和阴离子富集策略，不仅可以利用非晶态结构的优点来增强存储位点和固态离子扩散，而且实现了通过引入额外的阴离子氧化还原中心，来增强多电子的局部转移。

【研究过程】

研究人员采用一种简单的自上而下高能球磨方法合成了一类未被发现的富阴离子的非晶态钛多硫化物（a-TiSx，x=2,3,4）（AATPs）。

在来自研磨球和罐壁的冲击、压缩、摩擦和剪切力的作用下，原始结晶颗粒不断细化变形，形成含有大量缺陷和位错的亚稳态，不断断裂和复合形成研磨过程中的新材料。球磨 48 小时后，原始晶体 TiS2 (c-TiS2) 的典型长程有序晶格边缘完全消失，取而代之的是直径为 50 至 200 nm 的非晶态。 Ti 和 S 元素均匀分布在非晶 TiS3 和 TiS4（a-TiS3 和 a-TiS4）中。

【研究成果】

1）AATPs具有高浓度的缺陷和大量的阴离子氧化还原中心。其中，α-TiS4在可逆容量、循环稳定性和倍率性能方面表现出优异的电化学性能，可逆容量高达206 mAh/g，可循环1000次以上。

2）实现了实现 9.1 × 10-2 S/cm 的高电导率。

3）a-TiS2 的可逆容量为 48 mAh/g，是 c-TiS2（20 mAh/g）的两倍多，表明非晶结构有利于 Al3+ 存储。

总体而言，这项研究突出了用于高电荷密度Al3+存储的非晶态和富含阴离子的设计，并将为开发高能量密度多价金属离子电池开辟一条极有前途的途径。

此篇文章来自中国科学院物理研究所，纳米离子学与能源材料实验室

ZejingLin, et al, Amorphous anion-rich titanium polysulfides for aluminum-ionbatteries, Sci. Adv. 2021，DOI: 10.1126/sciadv.abg6314