近日，電子科技大學(xué)基礎(chǔ)與前沿研究院康毅進(jìn)教授團(tuán)隊，在Advanced Materials 上發(fā)表了題為 “Interlayered Dendrite-free Lithium Plating for High-performance Lithium Metal Batteries”的研究論文。
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鋰金屬電池的理論容量高達(dá)3860 mAh/g，近10倍于傳統(tǒng)的石墨負(fù)極鋰電池，被視為是一種極具應(yīng)用前景的高能量密度電池。
然而鋰金屬電池在充放電過程中會產(chǎn)生大量的枝晶引起電池短路，導(dǎo)致性能快速衰退，循環(huán)壽命大幅下降。因此，有效解決枝晶生長問題是鋰金屬電池高效安全應(yīng)用的前提。
該工作通過設(shè)計一種金屬鋰的夾層結(jié)構(gòu)（石墨相氮化碳/鋰/碳布結(jié)構(gòu)），一方面碳布作為鋰沉積的基底，增大了電極的比表面積從而降低鋰沉積的有效電流密度，抑制枝晶的生長；
另一方面，氮化碳中的吡啶型和吡咯型氮是“親鋰”元素，可有效調(diào)節(jié)鋰離子的分布，消除鋰在沉積過程中的尖端效應(yīng)，抑制枝晶的生長，同時，氮化碳作為中間層也可從物理上阻礙枝晶的生長。
因此，結(jié)合多方面作用，金屬鋰可大量均勻的沉積在氮化碳/碳布中，其金屬鋰的儲存量是單純碳布儲存量的2倍，是銅片的2.5倍。作為電極能提現(xiàn)出來的容量為2619.8 mAh/g，能達(dá)到金屬鋰?yán)碚撊萘康膥68%。
將夾層結(jié)構(gòu)的鋰作為電極，在Li-Li的對稱電池中，可以實現(xiàn)高電流密度（2mA/cm2）下高達(dá)1500小時的無枝晶循環(huán)電鍍/剝離鋰（相同條件下，金屬鋰只能循環(huán)約400小時）。并且，在全電池測試中，夾層結(jié)構(gòu)的鋰也表現(xiàn)出更加優(yōu)異的性能。
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該設(shè)計不僅有利于實現(xiàn)高性能的鋰金屬電池，同時對鋰金屬電池的發(fā)展具有重要意義。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201901662
康毅進(jìn)，電子科技大學(xué)教授，美國賓夕法尼亞大學(xué)博士，美國Argonne國家實驗室完成博士后研究。研究工作主要著重于化學(xué)、納米科學(xué)、材料科學(xué)在生物醫(yī)藥以及催化和能源領(lǐng)域的應(yīng)用，在Science, Nature Catalysis, PNAS, Angewandte Chemie, Nano Letters?和Journal of the American Chemical Society等頂尖學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文近40篇,?論文總引用次數(shù)超過5400次，h-index 25。 目前康毅進(jìn)課題組主要研究方向有：1）燃料電池，2)電解水，3）還原CO、CO2至高價值多碳產(chǎn)物，4）電化學(xué)氮還原合成氨，5）化學(xué)儲能，側(cè)重鋰金屬電池、鋰硫電池。 聯(lián)系方式：kangyijin@uestc.edu.cn
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