鎵基金屬液體具有很高的理論容量，被認(rèn)為是室溫液態(tài)金屬堿離子電池的一種有前途的負(fù)極材料。然而，由于液體金屬的體積膨脹和不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面，堿性離子電池液態(tài)金屬負(fù)極的電化學(xué)性能，特別是循環(huán)穩(wěn)定性受到了強(qiáng)烈的限制。

在此，浙江大學(xué)蔣建中，燕山大學(xué)黃建宇等人通過設(shè)計(jì)鎵銦液態(tài)金屬納米粒子（EGaIn@C LMNPs）上的碳封裝解決了上述問題。鋰離子電池具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（1.0 A g^?1下800 次循環(huán)后為644 mAh g^?1），并且具有出色的循環(huán)穩(wěn)定性（1.0 A g^?1下2500次循環(huán)后為87 mAh g^?1，82.3%鈉離子電池通過液態(tài)金屬負(fù)極的碳封裝來實(shí)現(xiàn)容量保持。

通過原位透射電子顯微鏡實(shí)時(shí)測(cè)量不僅揭示了 EGaIn@C LMNP 在電化學(xué)反應(yīng)過程中的形態(tài)和相變化，還揭示了其優(yōu)異性能的根源，即EGaIn@C核殼結(jié)構(gòu)有效地將LMNPs的不均勻體積膨脹從約160%抑制到127%，提高了LMNPs的電導(dǎo)率，并表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)并有自愈現(xiàn)象。

圖1. 結(jié)構(gòu)表征

總之，該工作開發(fā)了一種新的原位碳封裝策略來封裝液態(tài)金屬納米顆粒作室溫堿離子電池負(fù)極，該納米顆粒表現(xiàn)出優(yōu)異的自修復(fù)效果。GH導(dǎo)電碳?xì)さ脑环庋b提高了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，避免了LMNPS的團(tuán)聚。核-殼結(jié)構(gòu)使EGaln@C-4電極在Li⁺和Na⁺電池中具有低倍率性能和長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性。原位TEM觀察表明，碳?xì)ご龠M(jìn)離子的傳輸和抑制不均勻的體積膨脹，提高了電化學(xué)性能。因此，該項(xiàng)工作提供了一個(gè)通用的策略，以提高性能的室溫堿性離子電池的液態(tài)金屬負(fù)極。

圖2. 電池性能

Alkali-ion Batteries by Carbon Encapsulation of Liquid Metal Anode, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202309732