引言
由于气候问题的日益严重、碳中和目标的确定以及能源结构的重大调整，全球能源格局正朝着更加可持续的方向发展[1]。能量存储技术正在推动能源电气化[2],[3]。在未来的能源系统中，可再生能源的比例将不断增加，交通运输领域将实现全面电气化[4]，这意味着能源系统需要围绕低碳、电气化和智能化的核心进行深度重组[5],[6]。国际能源署（IEA）预测，到2030年，可再生能源将占全球电力的50%以上，光伏和风能将占新安装量的近90%[7]。但由于可再生能源的间歇性，对电化学储能的需求急剧增加。到2030年，全球电动汽车的数量可能达到2.3亿至2.5亿辆，这将对动力电池的需求超过60-80太瓦时（TWh）[8]。动力电池不再仅仅是简单的能量存储设备，而是重塑能源结构和国家战略竞争的关键技术[9],[10]。
主流的锂离子电池系统在资源和技术方面存在挑战[11],[12]。全球可回收锂资源约为2700万吨[13]。如果每辆电动汽车使用8-10公斤锂，仅电气化转型就将消耗30%-40%的可回收资源[14]。同时，钴和镍资源的供应也面临风险[15],[16]。从成本角度来看，锂盐的价格在5年内波动了400%以上，镍和钴的价格波动了200%以上[17]。关键材料的定价容易受到地缘政治因素和行业集中度的影响。成本的不确定性是限制该行业发展的关键因素。从工程角度来看，成熟的液态电池系统的能量密度可以在已知的技术范围内满足需求[18]。高镍正极材料的热稳定性较差[19]，基于硅的负极面临控制体积膨胀的挑战[20]，而液态电解质容易燃烧，难以消除热失控的风险[21]。仅依赖锂离子电池系统不足以支撑未来的能源愿景。因此，开发下一代电化学储能系统（资源可持续性、高安全性、成本可控性和适用性）是一项关键的全球科学技术战略。在多种储能技术的竞争中，钠离子电池[22]、固态锂电池[23]、金属空气电池[24]、流动电池[25]和多价金属电池[26]等新型储能系统取得了突破。然而，它们存在固有的科学和工程瓶颈，例如离子扩散效率低、电极材料的可逆性差、固-固界面接触问题、循环寿命长、商业化路径不明确以及成本和工艺不成熟[27]。由于钠离子电池的能量密度较低，其应用场景受到限制。全固态锂电池的界面阻抗为每平方厘米几十到几百欧姆，这使得在未来短期内难以降低大规模生产成本。虽然金属空气电池可以获得高能量密度，但其循环寿命不尽如人意。多价离子的低迁移率是其应用的核心问题。未来能源领域的核心系统需要具备资源丰富、可扩展性强和良好的可持续性；需要具有固有的安全性而无需额外的保护措施；还需要在系统化方面取得进展，以适应储能、传输、航空航天和消费电子等各种应用。固态铝离子电池（SSAIBs）是一条具有三个关键优势的新技术路径：丰富的自然资源、多价离子反应的高能量以及固态设计的内置安全性。然而，其发展受到技术挑战和基础科学问题之间复杂相互作用的影响，从材料级别的瓶颈到界面不兼容性问题。迫切需要一个全面的概述，不仅系统地分析这些障碍，还规划未来的战略和应用前景，以推动下一代高性能、安全且经济高效的固态储能电池的发展。本综述探讨了它们的研究基础、关键科学问题、技术障碍和未来发展方向，并全面分析了其综合性能。
资源与成本优势
铝（Al）资源的使用历史可以追溯到19世纪中叶[28]。丹麦化学家奥斯特德（Ørsted）首次制备出了金属铝[29]。1886年，查尔斯（Charles）实现了铝的工业化生产。霍尔（Hall）和埃鲁（Héroult）几乎同时发明了霍尔-埃鲁电解工艺，标志着现代铝工业的诞生。由于铝具有高强度、轻质和良好的耐腐蚀性，它迅速成为第二大常用基础材料
固态电解质带来的革命
固态电解质（SSEs）依靠固态内部的结构来实现离子迁移并提高安全性等[46],[47]。SSEs的引入改变了电池的安全性和稳定性。主流的SSEs分为5类：氧化物、硫化物、卤化物、聚合物和复合材料[48]。这些类型的SSEs在离子导电性、化学稳定性、界面兼容性、机械性能等方面存在差异[49]，如图2所示。氧化物电解质具有
技术挑战与基础科学问题
将SSAIBs从实验室研究转化为工业应用的过程中存在挑战，主要源于材料性质和界面复杂性等基本问题（图3）。
电解质材料可以使电解质润湿电极以实现紧密的离子接触，但SSEs本身是刚性的[61]。这种离子传导限制会影响电池的充放电速率和功率性能[62]。因此，使SSEs具有高离子导电性是一个巨大的挑战
应用前景：多场景能源系统
SSAIBs是多场景能源系统的关键组成部分（图4），具有低成本、高安全性和环境适应性[126]的特点。作为大规模储能的选择，铝比锂或钠基系统更具竞争力，资源易于获取，成本相对较低。SSEs具有高热稳定性和不可燃性，可以降低安全风险，适用于可再生能源发电等领域
技术成熟度评估
技术成熟度（TRL）采用1-9的标准化评分系统。1级代表技术概念和基础研究阶段，9级代表整个技术验证过程的完成以及大规模商业应用的实现。图5显示了SSAIBs的TRL评估[133]，根据技术阶段和当前的TRL水平，SSAIBs目前正处于从基础研究到原型验证的过渡阶段（TRL
结论与展望
SSAIBs是下一代储能系统的关键研发方向。从材料实验到工程验证，它展示了其在未来能源架构中的独特价值。它成为一个功能多样、优势明显的平台，应用于大规模储能、电网服务、交通运输和便携式电子设备。它具有快速充放电、长循环寿命和环保等特点
作者贡献声明
张登格：撰写——原始稿件，数据整理。李涵：撰写——审稿与编辑。卢明：撰写——审稿与编辑。韩文娟：验证。李海波：形式分析。张炳森：撰写——审稿与编辑。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢吉林省自然科学基金（YDZJ202401316ZYTS）、吉林省教育厅与吉林省工业和信息化厅的联合实验室发展计划（MXene材料联合实验室），以及吉林省科学技术厅的青年人才项目（20250602004RC）的支持。
张登格获得了吉林建筑大学的硕士学位，随后在吉林师范大学继续深造。她目前的研究主要集中在基于MXene的材料作为铝离子电池电极的应用上。
