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鋰枝晶的無限生長是不可取的，但防止這種情況仍然是追求高能鋰金屬電池（LMB）系統的挑戰，短路和火災造成的嚴重安全隱患需要準確控制鋰沉積的成核位置。

在此，香港理工大學鄭子劍教授等人提出了一種倒置的負極結構，它可以提供一個電化學環境來克服因擴散距離延長而產生的額外過電位（OP₂）并指導鋰金屬的定向沉積。通過簡單地翻轉常用的直立負極，即將多孔集流體（如碳布（CC）、超薄導電布和泡沫銅）上的預沉積鋰金屬負極倒置，使其僅存在于底部集流體，可以很容易地制備倒置負極。

與使用常規直立結構的傳統策略相比，倒置負極結構具有許多優點：首先，由于底部鋰金屬的成核勢壘低于頂部碳織物的成核勢壘，它可以引導鋰定向沉積到CC的底部；其次，倒置負極結構拉長了沉積后的鋰金屬與隔膜之間的距離，從而避免LMB在循環測試過程中的短路。此外，倒置負極結構具有穩定的SEI，這歸因于周圍碳織物纖維的有效支撐和保護。

圖1. 倒置負極結構在鍍鋰過程中的電化學行為

作者基于Li//CC電極組裝了對稱電池，進一步評估倒置和直立負極結構的循環穩定性。結果顯示，倒置負極結構具有更長的循環壽命，大約是直立結構的2倍。

此外，由倒置結構負極和LiFePO₄（LFP）正極組裝而成的LMB在300次充放電循環后電池容量仍保持93.7%，甚至在750次循環后仍保持82.3%，明顯優于采用直立負極結構和Li//Cu箔負極的電池。

采用倒置負極結構的電池在0.2、0.5、1和2 C時的面積容量分別為1.45、1.36、1.26和1.11 mAh cm^-2，同樣略高于直立負極結構。更重要的是，這種簡單的倒置策略是通用的，可以擴展到其他多孔集流體（如超薄導電織物、泡沫Cu和自支撐金屬納米線）并為構建不同類型電池系統提供了巨大的機會。

圖2. 全電池的循環性能和倒置負極結構的多功能性

Inverted Anode Structure for Long-Life Lithium Metal Batteries, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200584

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鄭子劍AEM: 通過簡便的倒置負極結構策略實現長壽命鋰金屬電池

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