近日，北京工业大学材料科学与工程学院王金淑教授团队研究成果“Superlattice cathodes endow cation and anion co-intercalation for high-energy-density aluminium batteries”被国际权威期刊《Nature Communications》发表。材料科学与工程学院博士研究生崔方艳为论文第一作者，学校胡宇翔教授、李洪义教授和南京航空航天大学彭生杰教授为共同通讯作者。

当前，商业化锂离子电池的发展受到锂资源储量有限、成本高、分布不均、安全性欠佳等因素的制约，以铝电池为代表的多价离子电池受到越来越多关注。然而，传统可充电铝电池（RABs）体系石墨基正极层间距较小的限制使其难以获得高容量（通常< 150 mAh g−1），而较强的静电斥力和晶格应力限制了大尺寸阴离子AlCl4−在传统氧化物的嵌入/脱出，导致过渡金属氧族化合物材料（如V2O5）无法深入发展，制约了多价离子电池的应用。

对此，王金淑教授团队率先提出具有阳离子和阴离子共插层超晶格正极，通过可调谐的量子限域效应实现高电压区电荷补偿，完成阴离子脱嵌。这一创新突破了传统单一铝离子作用下理论容量受限的瓶颈。研究团队构建的超晶格正极在RABs中表现出高能量密度和优异循环稳定性，表现出较好的实用性。与传统正极材料相比，超晶格电极材料的开发和能够激活额外阴离子氧化还原电极材料的设计，将促进高性能可充电铝电池和其他多价离子电池的进一步发展。

本次发表的研究成果，是团队继首次提出高熵氧化物材料宽化降低简并度，进而激发多价水系锌离子正极新电荷输运机制工作（Adv. Mater. 2023, 35, 2301538）和阐明高熵材料在多价离子电化学过程中的反常晶格演变机制实现超稳定水系铝离子电池工作（Adv. Mater. 2024, 36, 2404172）后，在高安全多价离子电池体系方面的又一重要研究成果。该研究得到了国家自然科学基金项目、科技部重点研发项目、北京市“长城学者”培养计划项目和北京市教育委员会科技计划重点项目的支持。