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北理陳人杰/李麗AEM：石墨烯/碳納米管氣凝膠主體實(shí)現(xiàn)快充鋰金屬電池

鋰金屬負(fù)極以其高比容量和最低的氧化還原電位引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注。然而，鋰枝晶的不可控生長和低庫侖效率(CE)將其排除在現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用之外，尤其是在快速充電領(lǐng)域。

北京理工大學(xué)陳人杰、李麗等人通過簡單的一鍋水熱反應(yīng)開發(fā)了一種用于快速充電鋰金屬電池的石墨烯/碳納米管（GCNT）復(fù)合主體。

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圖1. GCNT的制備過程和鋰金屬沉積行為的示意圖

將CNT引入3D復(fù)合材料不僅可以增加雜化物的導(dǎo)電性和表面積，還可以有效地防止石墨烯層在水熱處理過程中堆積。

結(jié)果，石墨烯和碳納米管兩種組分相互限制，可以獲得具有高比表面積和高孔隙率的微/納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。這種多孔氣凝膠可以顯著降低局部電流密度，從而實(shí)現(xiàn)球形和均勻的鋰沉積。

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圖2. 半電池性能

因此，GCNT氣凝膠電極可以在1 mA cm^-2的電流密度和1 mAh cm^-2的容量下保持97.7%的高CE循環(huán)430次，對稱電池也可以維持高達(dá)8 mA cm^-2的高電流密度。與LiFePO₄正極配對的復(fù)合負(fù)極顯示出18 C的超高倍率性能，以及在4 C 下570次循環(huán)后97.6% 的超高容量保持率和99.1%的平均CE。

當(dāng)與NCM811正極配對時，復(fù)合負(fù)極還可以表現(xiàn)出10 C的高倍率性能，并在隨后2 C下的470次循環(huán)中實(shí)現(xiàn)了83.2%的高容量保持率和99.8%的平均 CE。

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圖3. 全電池性能

From Flower-Like to Spherical Deposition: A GCNT Aerogel Scaffold for Fast-Charging Lithium Metal Batteries. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.20210245

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