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Hindered Aluminum Plating and Stripping in Urea/NMA/Al(OTF)3 as a Cl-Free Electrolyte for Aluminum Batteries

Rahide, Fatemehsadat ORCID iD icon 1; Flowers, Jackson K. 2,3; Hao, Junjie 4; Stein, Helge S. ORCID iD icon 2; Ehrenberg, Helmut 1; Dsoke, Sonia ORCID iD icon 1
1 Institut für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Physikalische Chemie (IPC), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Helmholtz-Institut Ulm (HIU), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
4 Institut für Angewandte Materialien (IAM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Conventional electrolytes for aluminum metal batteries are highly corrosive because they must remove the Al2O3 layer to enable plating and stripping. However, such corrosiveness impacts the stability of all cell parts, thus hampering the real application of aluminum-metal batteries. The urea/NMA/Al(OTF)3 electrolyte is a non-corrosive alternative to the conventional [EMImCl]: AlCl3 ionic liquid electrolyte (ILE). Unfortunately, this electrolyte demonstrates poor Al plating/stripping, probably because (being not corrosive) it cannot remove the Al2O3 passivation layer. This work proves that no plating/stripping occurs on the Al electrode despite modifying the Al surface. We highlight how urea/NMA/Al(OTF)3 electrolyte and the state of the Al electrode surface impact the interphase layer formation and, consequently, the likelihood and reversibility of Al plating/stripping. We point up the requirement for carefully drying electrolyte mixture and components, as water results in hydrogen evolution reaction and creation of an insulating interphase layer containing Al(OH)3, AlF3, and re-passivated Al oxide, which finally blocks the path for the possible Al plating/stripping.

Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS)
Helmholtz-Institut Ulm (HIU)
Institut für Angewandte Materialien (IAM)
Institut für Physikalische Chemie (IPC)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsmonat/-jahr 12.2023
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 0013-4651, 1945-7111
KITopen-ID: 1000166964
HGF-Programm 38.02.03 (POF IV, LK 01) Batteries in Application
Erschienen in Journal of The Electrochemical Society
Verlag Electrochemical Society
Band 170
Heft 12
Seiten Art.-Nr.: 120534
Vorab online veröffentlicht am 22.12.2023
Nachgewiesen in Scopus
Dimensions
Web of Science
OpenAlex
Globale Ziele für nachhaltige Entwicklung Ziel 7 – Bezahlbare und saubere Energie

Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000166964
Veröffentlicht am 04.01.2024
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1149/1945-7111/ad1553
Scopus
Zitationen: 3
Web of Science
Zitationen: 3
Dimensions
Zitationen: 3
Seitenaufrufe: 107
seit 04.01.2024
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seit 04.01.2024
Cover der Publikation
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