A Green and Efficient Amino Acid-derived Additive for Enhanced Performance of Alkaline Al-air Batteries

doi:10.7503/cjcu20250329

Abstract

Abstract:

In this study， N-acetyl-DL-tryptophan（NDLT）， an amino acid derivative， was introduced as an electrolyte additive to regulate the anode behavior of alkaline aluminum-air batteries（AABs）. The effect mechanism of NDLT on Al alloy anode was systematically investigated through hydrogen evolution measurements， electrochemical tests， full-cell performance evaluation， and microstructural characterization. The results demonstrate that NDLT can adsorb onto the Al alloy surface to form a compact water-blocking protective layer， effectively preventing direct contact between water molecules and the Al surface. This adsorption behavior significantly suppresses Al self-corrosion and parasitic hydrogen evolution reactions（HER）， thereby improving the discharge performance of AABs. Meanwhile， NDLT contributes to the construction of a uniform and stable Al/electrolyte interface， leading to an enhanced discharge potential and improved electrochemical kinetics of the Al anode. In a 4 mol/L NaOH electrolyte， the optimal inhibition concentration of NDLT was determined to be 7 mmol/L， at which the Al anode utilization reached 88.3%. Full-cell tests further revealed that the introduction of 7 mmol/L NDLT increased the energy density from 1550 W·h/kg to 3448 W·h/kg and the capacity density from 1324.9 mA·h/g to 2632.3 mA·h/g. This work provides an effective and environmentally benign electrolyte regulation strategy to enhance the durability and energy output of alkaline AABs， and offers a theoretical basis for the design and development of high-efficiency amino acid-derived additives.

Key words: Aluminum-air battery, Interface regulation, Electrolyte additive, Amino acid derivative

CLC Number:

O646

TrendMD:

GUO Lei, SU Ankang, CHEN Xinlei, TAN Bochuan, TAN Yan, HUA Jiali, SHI Wei. A Green and Efficient Amino Acid-derived Additive for Enhanced Performance of Alkaline Al-air Batteries[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(6): 20250329.

Figures/Tables 12

References 46

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c/（mmol∙L^-1）	E_corr/V	β_a	-β_c	i_corr/（mA∙cm^-2）	η_PDP（%）
Blank	-1.407	219.9	195.5	34.39	—
3	-1.411	258.2	193.9	28.03	18.5
5	-1.404	295.2	188.9	24.51	28.7
7	-1.436	252.9	189.9	20.32	41.0
9	-1.453	236.0	196.9	25.68	25.3

c/（mmol∙L^-1）	E_corr/V	β_a	-β_c	i_corr/（mA∙cm^-2）	η_PDP（%）
Blank	-1.407	219.9	195.5	34.39	—
3	-1.411	258.2	193.9	28.03	18.5
5	-1.404	295.2	188.9	24.51	28.7
7	-1.436	252.9	189.9	20.32	41.0
9	-1.453	236.0	196.9	25.68	25.3

c/(mol∙L^-1)	R_s/ （Ω∙cm²）	CPE₁		R_ct，1/ （Ω∙cm²）	10⁴L/ （H∙cm²）	R_L/ （Ω∙cm²）	CPE₂		R_ct，2/ （Ω∙cm²）	R_p/ （Ω∙cm²）	10³χ²
c/(mol∙L^-1)	R_s/ （Ω∙cm²）	10⁴Y₀/ （S∙s ⁿ ∙cm^-2）	n₁	R_ct，1/ （Ω∙cm²）	10⁴L/ （H∙cm²）	R_L/ （Ω∙cm²）	10²Y₀/ （S∙s ⁿ ∙cm^-2）	n₂	R_ct，2/ （Ω∙cm²）	R_p/ （Ω∙cm²）	10³χ²
Blank	1.040	5.297	1.000	0.180	1.419	0.386	11.01	1.000	0.044	0.167	0.116
3	1.197	3.064	1.000	0.395	7.006	0.911	10.45	0.982	0.102	0.377	0.193
5	1.348	3.234	0.988	0.586	23.42	1.448	8.045	1.000	0.149	0.566	0.059
7	1.356	1.166	0.961	0.690	12.33	1.851	5.971	1.000	0.273	0.775	0.043
9	1.179	0.938	1.000	0.378	5.362	1.153	5.561	0.963	0.229	0.514	0.196

c/(mol∙L^-1)	R_s/ （Ω∙cm²）	CPE₁		R_ct，1/ （Ω∙cm²）	10⁴L/ （H∙cm²）	R_L/ （Ω∙cm²）	CPE₂		R_ct，2/ （Ω∙cm²）	R_p/ （Ω∙cm²）	10³χ²
c/(mol∙L^-1)	R_s/ （Ω∙cm²）	10⁴Y₀/ （S∙s ⁿ ∙cm^-2）	n₁	R_ct，1/ （Ω∙cm²）	10⁴L/ （H∙cm²）	R_L/ （Ω∙cm²）	10²Y₀/ （S∙s ⁿ ∙cm^-2）	n₂	R_ct，2/ （Ω∙cm²）	R_p/ （Ω∙cm²）	10³χ²
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7	1.356	1.166	0.961	0.690	12.33	1.851	5.971	1.000	0.273	0.775	0.043
9	1.179	0.938	1.000	0.378	5.362	1.153	5.561	0.963	0.229	0.514	0.196

Additive	E/V	Δm/mg	U_a（%）	Q/（mA·h·g^-1）	W/（mW·h·g^-1）
Blank	1.17	15.1	44.4	1325	1550
NDLT	1.31	7.6	88.3	2632	3448