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德州農(nóng)工大學(xué)AFM: 多孔碳納米管支架MOF層的鍍鋰調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)大累積容量

鋰金屬的高比容量是滿(mǎn)足當(dāng)前可充電電池需求的理想選擇，但鋰枝晶和不可逆的體積膨脹是應(yīng)用的主要障礙。

3D鋰主體材料可以通過(guò)大表面積降低電流密度并在其孔隙中容納鋰金屬來(lái)緩解這些問(wèn)題。然而，由于鋰離子通過(guò)曲折孔擴(kuò)散緩慢導(dǎo)致鋰枝晶堵塞，從而導(dǎo)致枝晶生長(zhǎng)，因此持續(xù)觀察到鋰枝晶。

在此，美國(guó)德克薩斯農(nóng)工大學(xué)Choongho Yu博士等人將MOF層涂覆在化學(xué)處理的碳納米管支架（C-CNT）整個(gè)外表面（LM-CNT）或支架中的單個(gè)碳納米管（IM-CNT）上，通過(guò)在動(dòng)態(tài)現(xiàn)場(chǎng)原位（operando）條件下直接可視化電池和在掃描電鏡下對(duì)碳納米管電極橫截面的非原位觀察研究其鍍鋰行為。

CNT支架外側(cè)的MOF層增加了多孔支架中鋰的嵌入（8 mA cm^-2時(shí)為24 mAh cm^-2）和鋰電鍍/剝離壽命（保持20 mAh cm^-2循環(huán)1700 h以上）。

圖1. 基于LM-CNT、C-CNT、IM-CNT電極電池的operando觀察

MOF具有足夠大的孔以供鋰離子滲透，其電絕緣特性會(huì)產(chǎn)生電容效應(yīng)，將鋰離子分布在MOF層的表面，以避免在鍍鋰過(guò)程中出現(xiàn)枝晶生長(zhǎng)和堵塞。

因此，LM-CNT負(fù)極具有出色的體積和重量容量（≈940 mAh cm^-3和≈980 mAh g^-1）以及出色的累積容量（≈4.9 Ah cm^-2）。這種有前途的方法可以在存儲(chǔ)鋰時(shí)無(wú)枝晶，以提供當(dāng)前可充電電池所需的高能量密度。

圖2. LM-CNT電極的橫截面SEM圖像及電化學(xué)性能

Large Cumulative Capacity Enabled by Regulating Lithium Plating with Metal-Organic Framework Layers on Porous Carbon Nanotube Scaffolds. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202104899

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/27/0a50413006/

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