Al³⁺與密排晶體結構之間的強靜電相互作用，以及傳統陽離子氧化還原正極的單電子轉移能力，使得發展高性能可充電鋁電池極具挑戰性。

為了打破多價金屬離子存儲中晶態正極容量低、可逆性差的問題，中科院物理研究所索鎏敏、禹習謙研究員提出了一種新的非晶化和陰離子富集策略，不僅可以利用非晶態結構的優點來增強存儲位點和固態離子擴散，而且實現了通過引入額外的陰離子氧化還原中心，來增強多電子的局部轉移。

【研究過程】

研究人員采用一種簡單的自上而下高能球磨方法合成了一類未被發現的富陰離子的非晶態鈦多硫化物（a-TiSx，x=2,3,4）（AATPs）。

在來自研磨球和罐壁的沖擊、壓縮、摩擦和剪切力的作用下，原始結晶顆粒不斷細化變形，形成含有大量缺陷和位錯的亞穩態，不斷斷裂和復合形成研磨過程中的新材料。球磨 48 小時后，原始晶體 TiS2 (c-TiS2) 的典型長程有序晶格邊緣完全消失，取而代之的是直徑為 50 至 200 nm 的非晶態。 Ti 和 S 元素均勻分布在非晶 TiS3 和 TiS4（a-TiS3 和 a-TiS4）中。

【研究成果】

1）AATPs具有高濃度的缺陷和大量的陰離子氧化還原中心。其中，α-TiS4在可逆容量、循環穩定性和倍率性能方面表現出優異的電化學性能，可逆容量高達206 mAh/g，可循環1000次以上。

2）實現了實現 9.1 × 10-2 S/cm 的高電導率。

3）a-TiS2 的可逆容量為 48 mAh/g，是 c-TiS2（20 mAh/g）的兩倍多，表明非晶結構有利于 Al3+ 存儲。

總體而言，這項研究突出了用于高電荷密度Al3+存儲的非晶態和富含陰離子的設計，并將為開發高能量密度多價金屬離子電池開辟一條極有前途的途徑。

此篇文章來自中國科學院物理研究所，納米離子學與能源材料實驗室

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