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胡良兵等Nano Lett.: 穩(wěn)定鋰金屬負(fù)極的無定形碳涂層3D固體電解質(zhì)

固態(tài)電解質(zhì)對于將具有安全、高能量密度的鋰（Li）金屬負(fù)極用于下一代儲能技術(shù)具有重要意義。然而，長期循環(huán)過程中局部電流密度不均勻，導(dǎo)致鋰負(fù)極不穩(wěn)定和從電解質(zhì)中脫落，極大地阻礙了鋰離子電池的實(shí)際應(yīng)用。

在此，美國馬里蘭大學(xué)胡良兵、Eric D. Wachsman等人報告了一種通過在石榴石型固態(tài)電解質(zhì)上沉積無定形碳納米涂層來維持穩(wěn)定的鋰金屬/電解質(zhì)界面的新方法。

在經(jīng)過無定形碳涂層沉積后，金屬Li與石榴石電解質(zhì)具有良好的潤濕性，且其鍍Li過程中的成核過電位得到了顯著降低。此外，碳納米涂層提供電子和離子傳導(dǎo)能力，這有助于使鋰金屬剝離和電鍍過程均勻化。

圖1. 滲入多孔石榴石電解質(zhì)中的鋰金屬的形態(tài)比較

涂層后，作者發(fā)現(xiàn)鋰金屬/石榴石界面在 3 mA cm^-2的電流密度下顯示出超過500小時的穩(wěn)定循環(huán)性能，證明該界面具有出色的電化學(xué)機(jī)械穩(wěn)定性。

Li-S電池測試也證實(shí)，石榴石框架中的這種無定形碳涂層正在改善鋰沉積和全電池穩(wěn)定性。這項(xiàng)工作表明無定形碳涂層可能是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鋰金屬/電解質(zhì)界面和可靠的鋰金屬電池的有前途的策略。

圖2. 有無碳涂層固態(tài)電解質(zhì)的電化學(xué)性能對比

Amorphous-Carbon-Coated 3D Solid Electrolyte for an Electro-Chemomechanically Stable Lithium Metal Anode in Solid-State Batteries, Nano Letters. 2021. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c01748

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.1c01748

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