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趙天壽團(tuán)隊Sci. Bull.：具有仿生離子通道的人工界面層穩(wěn)定鋰金屬負(fù)極

具有低電化學(xué)電位和高理論容量的鋰金屬是下一代電池的一種有前途的負(fù)極材料。然而，由臭名昭著的枝晶生長引起的低可逆性和安全問題大大阻礙了高能量密度的鋰金屬電池（LMBs）的發(fā)展。

圖1 CAL的設(shè)計

南方科技大學(xué)趙天壽等采用可擴(kuò)展的涂布方法，開發(fā)了一個細(xì)胞膜啟發(fā)的人工層（CAL），其具有仿生物離子通道，以實現(xiàn)無枝晶和高可逆的鋰金屬負(fù)極（LMA）。研究顯示，帶負(fù)電的CAL具有均勻的粒子內(nèi)和粒子間的離子通道，有利于鋰離子的傳輸和重新分配鋰離子的通量，有助于穩(wěn)定和均勻的鋰剝離和沉積。

此外，在循環(huán)過程中，通過CAL的轉(zhuǎn)化，原位形成了具有豐富親鋰無機(jī)成分的堅固的下層過渡層，促進(jìn)了鋰離子的擴(kuò)散，抑制了與電解液的連續(xù)副反應(yīng)。另外，由此產(chǎn)生的細(xì)胞膜啟發(fā)的人工Janus層（CAJL）顯示出超高的楊氏模量（≥10.7 GPa），可抑制枝晶的生長。

圖2 半電池性能

因此，Li@CAJL在10 mA cm^-2的高電流密度和10 mAh cm^-2的高面積容量下顯示出穩(wěn)定的無枝晶剝離和沉積行為。此外，組裝好的Li-CAJL涂層銅（Li-Cu@CAJL）不對稱電池可以穩(wěn)定運行800小時，并在傳統(tǒng)的稀醚類電解液中可以獲得99.0%的平均CE。當(dāng)與磷酸鐵鋰（LFP）和硫正極結(jié)合時，基于Li@CAJL的組裝電池顯示出比采用裸LMA的電池更好的循環(huán)性能。

此外，有效的CAJL功能化使實用的429.2 Wh kg^-1Li-S軟包電池能夠穩(wěn)定運行，顯示了良好的應(yīng)用前景。

圖3 全電池電化學(xué)性能

An artificial interfacial layer with biomimetic ionic channels towards highly stable Li metal anodes. Science Bulletin 2023. DOI: 10.1016/j.scib.2023.06.008

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