Properties of Aluminum-Copper Nanostructures

Abstract

Aluminum-copper heterogeneous nanostructures are promising candidates for use in aluminum batteries with water-based electrolytes, where the combination of Al₂Cu nanolamellae within the aluminum matrix reduces issues associated with oxide layer and dendrite formation, two key factors that compromise battery performance and longevity. In this work, Al₂Cu nanostructures embedded in aluminum were fabricated through a sequence of magnetron sputtering, annealing, and secondary aluminum deposition. In-situ and ex-situ annealing studies established optimal conditions for Al₂Cu phase formation. Cross-sectional analysis confirmed successful fabrication of the intended architecture. Electrochemical testing demonstrated that the Al₂Cu-based composite anode offers significantly enhanced cycling stability, energy efficiency, and specific energy compared to a pure aluminum anode.

Heterogénne nanoštruktúry hliník-meď predstavujú sľubných kandidátov pre použitie v hliníkových batériách s vodnými elektrolytmi, pričom kombinácia nanolamiel Al₂Cu v hliníkovej matrici pomáha znižovať problémy spojené s tvorbou oxidačnej vrstvy a dendritov - dvoch kľúčových faktorov, ktoré zhoršujú výkon a životnosť batérie. V tejto práci boli pripravené nanoštruktúry Al₂Cu obalené hliníkom pomocou sekvencie magnetrónového naprašovania, žíhania a následného naprašovania hliníka. Štúdie in-situ a ex-situ žíhania určili optimálne podmienky pre tvorbu fázy Al₂Cu. Priečna analýza potvrdila úspešnú výrobu požadovanej architektúry. Elektrochemické testovanie ukázalo, že kompozitná anóda na báze Al₂Cu vykazuje výrazne lepšiu cyklickú stabilitu, energetickú účinnosť a špecifickú energiu v porovnaní s čistou hliníkovou anódou.