在过去的4年时间中，铝电池的开发速度比以往任何时候都快。中科院成会明和李峰团队的这篇综述详细讨论了目前铝电池系统的发展，并进一步说明了其基本和潜在的应用。尽管大多数研究的重点是直接设计或选择具有良好电化学性能的正极材料，但仍存在诸如动力学缓慢，循环稳定性差和电解质兼容性等问题。因此，开发更可靠的铝电池用于商业化有很多机会。
在电解质问题上，铝电池的选择非常有限。大多数研究都是基于含有具有湿度敏感性的腐蚀性氯铝酸盐的RTIL。迄今为止尚未开发出有机电解质。考虑到铝电池的实际应用，有机电解质可以提供更广泛的应用，因为没有集电器限制。但这是一个难以解决的问题，需要彻底了解溶质与溶剂之间的离子 - 偶极相互作用和库仑相互作用，人们试图增加铝盐的溶解度和提高在合适有机溶剂中剥离/沉积的可逆性。
在正极问题上，需要讨论不同的插层机制。首先，对于石墨材料中AlCl4-的嵌入，增加正极容量是最重要的，不超过150mAh g-1的容量会直接限制电池系统的总能量密度。因此需要通过先进的显微镜技术直接观察这种插层反应。其次，对于过渡金属 - 硫属化合物中Al3+的嵌入，即使初始放电容量高，但循环稳定性和倍率性能也不令人满意，这些问题也存在于相转移系统中。晶体学，库仑相互作用和动力学过程分析的详细原理是提高电化学性能的关键。如，（1）Al3+与晶格之间的库仑相互作用强度与晶格原始阳离子和阴离子之间的相互作用强度; （2）计算由库仑相互作用引起的扩散势垒和（3）根据经典电化学原理建立固体扩散活化能/扩散速度和过电位之间的定量关系。此外，随着更先进显微技术的发展，如原位SEM / TEM和低温电子显微镜技术，可以为铝电池系统的机理研究带来更多的机会。
关于铝金属负极的问题，需考虑腐蚀性电解质的问题，非腐蚀性RTIL或有机系统的开发对于实现实际应用可能是至关重要的。一旦引入这些电解质体系，就需要处理由Al2O3引起的钝化，例如通过在氯铝酸盐电解质中的预处理。寻找另一种方法，例如通过使用电解质添加剂。
关于先进铝电池系统的设计和潜在用途方面，众所周知，GED（仅基于正负极材料计算）并不好，因为理论上铝负极比锂负极低1.4V。这里不讨论体积能量密度，因为它不仅取决于不同材料的性质，还取决于它们的微观结构。此外由于高的地球丰度和高容量，铝金属的价格很低，这是非常有吸引力的。
总之，铝电池系统的基础研究和应用研究都非常重要。 （1）对于基础研究，铝电池的机制与其他单价或二价电池系统的机制非常不同。电解质限制，差的可逆性和缓慢的动力学，所有这些问题可归因于固有限制，即三价Al3+。迄今为止，对Al3+与晶格/溶剂之间的强静电相互作用的有限理解使得难以指导电池系统设计。铝电池仍处于起步阶段，需要进一步研究，以了解和克服三价Al3+带来的挑战。 （2）对于应用研究，铝金属负极因其低价格和环境稳定性绝对是一个有吸引力的选择，但大多数现有的正极材料不能满足电池的基本要求。因此，在短期内，混合动力电池系统是最有前途的商业化方式，但从长远来看，基础研究是实现完整铝电池系统的关键。
Huicong Yang, Hucheng Li, Juan Li, Zhenhua Sun, Kuang He, Hui-Ming Cheng, Feng Li, The Rechargeable Aluminum Battery: Opportunities and Challenges. Angew. 2019.
