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研究团队采用空腔二氧化硅微球结构抑制锂枝晶生长

研究团队采用空腔二氧化硅微球结构抑制锂枝晶生长

据外媒报道,美国化学学会期刊(ACS journal)《纳米快报》发表了一篇论文,研究人员采用空腔二氧化硅微球(hollow silica microspheres)结构,用于容纳锂离子,其碳纳米管内心可抑制枝晶生长(dendrite growth)。由于枝晶生长被抑制,在进行200多次充放电后,其电极仍能保持高速镀/汽提效率高达99%。

锂金属电池(lithium metal batteries,LMBs)获得业内的极大关注,因为其能量密度较高。在锂金属电池中,锂金属的比容量高(3860 mA h g?1),相较于标准款氢电极(hydrogen electrode),而电化电势低(?3.04 V)。因此,锂是一款理想的阳极材料。

然而,锂沉降不均匀会导致枝晶生长,使电池的充放电效率(循环效率,cycling efficiency)减弱,乃至电池内部出现短路,从而引发电池故障及安全风险。

最近,业内提议采用电解液添加剂(electrolyte additives)、稳定的界面层(stable interfacial layers)及修饰电极(modified electrodes)等多种方式,旨在解决锂金属阳极的关键性问题。现已证实,利用架构调整锂枝晶积聚是最高效的方式。

尽管非均质结构(heterogeneous structure)在调节沉积行为(deposition behavior)中发挥着重要作用,但锂金属的精细管控机制受限于电泳条件(deposition conditions),如:沉积性能(deposition capacity)及电流密度(current density)。因此,若沉积性能过高,需要改进该款非均质结构,需要引导,使其均匀沉淀法。

该团队设计了复合微型笼式结构(composite microcage),搭配碳纳米管内心(carbon nanotube core)及多孔硅护层(porous silica sheath)。复合微型笼式结构可容纳锂金属,其非均质结构可被用作锂离子捕获器(trapper)。

在实验过程中,研究团队发现能高效地截留锂金属,其电化学性能(electrochemical performance)极佳。

作者:李文龙

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