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大連化物所提出二維異質結構保護鋰金屬負極新策略

時間:2020-04-10 作者:專家委 點擊:101

近日,中國科學院大連化學物理研究所二維材料與能源器件研究組吳忠帥團隊與低碳催化與工程研究部劉中民、葉茂團隊合作,提出了一種二維介孔異質結構雙功能鋰離子再分配新策略,獲得高穩定、高容量且無枝晶的金屬鋰負極。
 
  全球化石能源危機的不斷加劇引起了科研人員對清潔能源的日益關注和廣泛研究,其中開發高能量密度電池,推動長續航電動汽車的發展是倡導清潔能源、共建綠色出行的重要途徑之一。鋰金屬電池因金屬鋰負具有高理論比容量(3860 mAh/g)和低氧化還原電壓(-3.04 V vs. SHE)而被認為是下一代高能量電池。但是,金屬鋰負極存在嚴重的鋰枝晶,且循環性能差,庫倫效率低,有安全性問題,嚴重阻礙了鋰金屬電池的廣泛應用。因此,如何通過設計合理的結構,調控鋰離子沉積行為,實現均勻的鋰沉積,并延長其循環壽命是目前鋰金屬電池應用研究的主要瓶頸之一。
 
  為了解決這個難題,吳忠帥團隊提出了一種二維介孔異質結構雙功能鋰離子再分配新策略,設計并制備出二維介孔聚吡咯-氧化石墨烯異質結新材料,利用二維介孔聚吡咯層的鋰離子有序通道和缺陷氧化石墨烯的納米篩的協同作用,實現了均勻的鋰離子分布,有效降低了電流密度,從而獲得了高穩定、高容量且無枝晶的鋰金屬負極。鋰對稱電池(mPPy-GO-Li//mPPy-GO-Li)在高達1000次循環(2000 h)中保持高的庫倫效率(98%),在高電流密度(10 Ma/cm2)下具有平坦的電壓(70 mV)曲線,且無鋰枝晶生成。劉中民、葉茂團隊提供了電場模擬計算支持,證明了該二維異質結構可以有效地使不穩定的電流波動均勻化。以該負極組裝的鋰/鈷酸鋰全電池表現出了優異的倍率和循環穩定性能。該工作為構建安全性好、比能高、壽命長的鋰金屬電池的二維異質結構提供了新思路。
 
  相關研究成果發表在《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed.)上。上述工作得到國家重點研發計劃項目、兩所融合基金項目、中科院潔凈能源創新研究院合作基金項目等的資助。

(來源:專家委 )

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