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麥立強(qiáng)/劉振輝EEM：親鋰單原子協(xié)同有序多孔碳實(shí)現(xiàn)超穩(wěn)定鋰金屬負(fù)極

由于高比容量和低電化學(xué)還原電位，鋰（Li）金屬被認(rèn)為是最有希望的高能鋰電池負(fù)極。然而，鋰枝晶的生長(zhǎng)和巨大的體積變化嚴(yán)重限制了鋰金屬電池的發(fā)展。武漢理工大學(xué)麥立強(qiáng)、南京航空航天大學(xué)劉振輝等提出了一種帶有親鋰單原子的有序介孔N摻雜碳來誘導(dǎo)鋰金屬的均勻成核和沉積，以解決上述問題。

圖1. NOMC-Ni的作用示意

具體而言，作者設(shè)計(jì)了一種具有相互連接三維介孔通道和豐富均勻分散的親鋰單原子位點(diǎn)的N摻雜有序介孔碳（NOMC-Ni），在優(yōu)化鋰金屬負(fù)極方面，它同時(shí)具有原子Ni親鋰位點(diǎn)和三維有序介孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。

受益于互連三維有序介孔結(jié)構(gòu)和豐富親鋰單原子位點(diǎn)的協(xié)同效應(yīng)，NOMC-Ni可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)局部電流密度和快速傳質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)均勻的鋰沉積，并抑制枝晶和緩沖體積膨脹。

圖2. 半電池性能

因此，當(dāng)作為鋰金屬宿主應(yīng)用時(shí)，NOMC-Ni/Li電極在200次循環(huán)后表現(xiàn)出99.8%的高CE和極低的成核過電位（~31 mV）。

此外，當(dāng)與商用磷酸鐵鋰（LFP）結(jié)合時(shí)，NOMC-Ni||LFP表現(xiàn)出108 mAh g^-1的高容量，并且在1C的第5至350次循環(huán)中平均庫(kù)倫效率（CE）高達(dá)99.8%。單原子金屬親鋰位點(diǎn)和三維有序介孔結(jié)構(gòu)的結(jié)合為設(shè)計(jì)穩(wěn)定的鋰金屬負(fù)極提供了新的啟示，并為開發(fā)超穩(wěn)定的鋰金屬電池提供了機(jī)會(huì)。

圖3. 全電池性能

Single-Atom Lithiophilic Sites Confined within Ordered Porous Carbon for Ultra-Stable Lithium Metal Anodes. Energy & Environmental Materials 2022. DOI: 10.1002/eem2.12466

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