美国克莱姆森大学的研究人员设计了一种原型铝离子电池（AIB），该电池使用石墨烯电极嵌入四氯铝酸盐（AlCl4-）。研究人员使用该设备研究了缺陷和掺杂对电池性能的影响。

铝离子电池作为锂离子电池系统的潜在替代品在科学界获得认可，但迄今为止存在许多障碍。与移动离子为Li +的LIB不同，铝在大多数电解质中与氯化物形成络合物，并产生阴离子移动电荷载体，通常为AlCl4-或Al2Cl7-。克莱姆森大学纳米材料研究所的团队已经阐明了石墨烯电极中AlCl4-阴离子的插层机制，并提供了对缺陷和掺杂对插层过程的影响的独特见解。

先前已经证明将缺陷引入石墨烯中会改变材料的费米能级，这对应于电池的电池电位。还观察到孔的引入可以促进进入阴极的内部体积，允许离子快速移入和移出以进行快速充电。

为了研究这些因素，研究小组通过在高温下分解甲基镍泡沫形成了少层石墨烯（FLG）。通过用氩等离子体烧结原始FLG来控制缺陷的存在。或者，通过在原始沉积过程中添加氮前体引入不同水平的氮掺杂剂。在他们溶解镍泡沫后，研究人员留下原始或改性石墨烯。

该团队使用铝阳极，原始或改性FLG阴极以及含有AlCl3盐作为电解质的离子液体制造电池。使用原始FLG作为阴极，电池在1000次循环中实现了超过70mAh / g的容量。虽然这种容量与现代锂离子电池相比是适度的，而现代锂离子电池通常可以存储大约两倍的电量，但考虑到所实现的极高的充电/放电速率，性能令人印象深刻，完全充电 - 放电周期不到三分钟。

研究人员将他们在该系统中观察到的异常可逆性归因于原始FLG的稳健性。当在电池中测试具有诱导缺陷的FLG时，研究人员发现它在高电流速率下表现不佳，因为缺陷导致FLG片在边缘处的互连性差，并且在快速循环期间抑制电子转移。氮掺杂的引入导致嵌入的显着减少，并且导致产生氯气。该团队推测，FLG中氮的存在会引起一些催化活性，从而从电解质中释放出氯。

这项工作展示了石墨烯成功设计的AIB，并证明了这种电池配置在高充放电率下可以在1000次循环中表现良好。