不均勻Li沉積、不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面相(SEI)以及循環(huán)過(guò)程中近乎無(wú)窮大的相對(duì)體積變化是Li金屬電池實(shí)際應(yīng)用的三大障礙。
在此，上?？萍即髮W(xué)陳剛團(tuán)隊(duì)引入了一種可壓縮和彈性的還原氧化石墨烯海綿(rGO-S)，以同時(shí)抑制Li枝晶生長(zhǎng)并適應(yīng)體積變化。通過(guò)壓縮和膨脹rGO-S負(fù)極來(lái)限制體積變化，有效地釋放了循環(huán)過(guò)程中Li沉積引起的應(yīng)力。
本文中采用rGO-S的半電池具有高且穩(wěn)定的庫(kù)侖效率，且Li@rGO-S對(duì)稱電池表現(xiàn)出卓越的循環(huán)穩(wěn)定性超過(guò)1200次，過(guò)電位低。當(dāng)與LiFePO4 (LFP)配對(duì)時(shí)，Li@rGO-S||LFP全電池具有較高的比容量(150.3 mAh g-1, 1C)，優(yōu)異的倍率性能和良好的容量保持率。
圖1. 可壓縮彈性基底對(duì)Li枝晶的消除以及rGO和rGO-s薄膜的表征
總之，該工作構(gòu)建了一種可壓縮的彈性rGO-S電極。rGO-S電極可以適應(yīng)體積變化、釋放鋰沉積過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力，并在鋰剝離后回彈。與Li@rGO負(fù)極相比，在Li@rGO-S負(fù)極上形成的SEI由更多的無(wú)機(jī)組分和更少的有機(jī)組分組成。因此，與Li@Cu和Li@rGO負(fù)極相比，rGO-S負(fù)極具有更高的CE(在1 mA h cm -2和1 mA cm -2下循環(huán)300次為98.4%)和更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。Li@rGO-S對(duì)稱電池表現(xiàn)出18和31 mV的低過(guò)電位，在1和3 mA cm?2時(shí)分別保持1000和800 h的穩(wěn)定循環(huán)。
當(dāng)與LFP正極配對(duì)時(shí)，Li@rGOS||LFP全電池在1C時(shí)的比容量為150.3 mAh g -1，并在300次循環(huán)后保持90%的容量。此外，該電極還具有出色的倍率性能，在5C時(shí)具有100 mAh g-1的高容量。因此，該項(xiàng)研究為同時(shí)消除鋰枝晶生長(zhǎng)、穩(wěn)定SEI和適應(yīng)體積變化提供了一種有效的策略。
Compressible and Elastic Reduced Graphene Oxide Sponge for Stable and Dendrite-Free Lithium Metal Anodes, Nano Letters 2024 DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c03973
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