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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 Al$_2$O$_3$ 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]: AlCl$_3$ ionic liquid electrolyte (ILE). Unfortunately, this electrolyte demonstrates poor Al plating/stripping, probably because (being not corrosive) it cannot remove the Al$_2$O$_3$ 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)$_3$, AlF$_3$, and re-passivated Al oxide, which finally blocks the path for the possible Al plating/stripping.


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000166964
Veröffentlicht am 04.01.2024
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1149/1945-7111/ad1553
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Zitationen: 3
Cover der Publikation
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
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