藕狀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)具有高鋰載量無枝晶鋰負(fù)極的技術(shù)解析

【引言】

日益嚴(yán)重的化石燃料短缺和環(huán)境污染引起了對(duì)可再生能源的需求，推動(dòng)了可再生能源技術(shù)的快速發(fā)展。在二次電池系統(tǒng)中，鋰金屬電池因很高的理論比容量（3860 mAh g-1）和較低的氧化還原電位（-3.04V）受到越來越多的關(guān)注。但是由于鋰金屬電池中鋰枝晶的生長可能導(dǎo)致“死鋰”和電池短路，從而導(dǎo)致電池危險(xiǎn)性增加、容量減少。

【成果簡介】

華中科技大學(xué)黃云輝教授等證明了具有適當(dāng)?shù)膬?nèi)外半徑比的空心碳納米纖維，可以使鋰離子選擇性沉積在內(nèi)表面?；谠撛?，作者設(shè)計(jì)了一種藕狀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了具有高鋰載量的無枝晶鋰負(fù)極。蓮藕狀的碳納米纖維陽極并包覆LiNafion作為人工SEI膜，實(shí)現(xiàn)了3600mAh的容量并提高了庫倫效率。作者認(rèn)為對(duì)鋰離子沉積與基體幾何關(guān)系的認(rèn)識(shí)將為鋰電池系統(tǒng)中混合鋰陽極的合理設(shè)計(jì)提供新思路。該成果以“A Strategy of Selective and Dendrite-Free Lithium Deposition for Lithium Batteries”為題發(fā)表在Nano Energy上。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 鋰沉積的模擬結(jié)果

(A) 鋰離子在不同的內(nèi)外半徑空心碳納米纖維中沉積的模擬及實(shí)驗(yàn)結(jié)果鋰沉積的模擬結(jié)果

(B)(C)(D) 1mAh鋰沉積在8:10,5:10,1:10的半徑比下的掃描電鏡圖像

注插入圖為在1mAh鋰沉積在碳納米纖維TEM圖像顯示

圖2 LCNF模擬圖和顯微圖像

(A),(B),(C),(D) SCNF,LCNF,Li-SCNF, Li-LCNF的示意圖

(E),(F),(G),(H) SCNF,LCNF,Li-SCNF, Li-LCNF的TEM圖像

(I),(J),(K),(L) SCNF,LCNF,Li-SCNF, Li-LCNF的SEM圖像

圖3 微觀形貌圖

(A),(B） LCNF@Nafion的SEM圖像和TEM圖像

(C1) LCNF@Nafion單纖維STEM圖片

(C2) 相應(yīng)的線性EDX元素分布

(D) LCNF@Nafion切片示意圖

(E) LCNF@Nafion切片圖像,插圖給出了不含Nafion的LCNF切片

(F1) LCNF@Nafion切片TEM圖像

(F2) 相應(yīng)的線性EDX元素分布

(G),(H) Li-LCNF@LNafion在電流密度為1mA cm-2，8mAh cm-2時(shí)循環(huán)30圈后的SEM,STEM圖像

(I1) 單纖維LCNF@LNafion的STEM圖像

(I2) 相應(yīng)的線性EDX元素分布

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