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金屬鋰因其極高的理論比容量和最低的氧化還原電位，被視為下一代可充電池的最終負(fù)極解決方案。然而，鋰基可充電池尚未商業(yè)化，這主要是因?yàn)殇囍L(zhǎng)、連續(xù)電解液消耗和重復(fù)充放電過(guò)程中的大容量變化等尚未解決的挑戰(zhàn)。

國(guó)家納米科學(xué)中心李祥龍等提出了一種葉脈啟發(fā)的鋰負(fù)極空間調(diào)制承載策略。

李祥龍Matter：葉脈啟發(fā)的空間分層碳實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的超高面容量鋰金屬負(fù)極！

圖1 鋰金屬負(fù)極的材料策略以及碳質(zhì)宿主（CTC）的制造工藝示意圖

由此產(chǎn)生的自支撐毛細(xì)作用涉及的低曲折碳質(zhì)主體（CTC）由木材衍生的碳膜組成，該碳膜具有垂直排列的微通道，覆蓋著隨機(jī)網(wǎng)狀的碳納米纖維墊。這種設(shè)計(jì)允許以模仿葉脈中“分工”的方式運(yùn)行，一方面，低曲折的碳膜適應(yīng)循環(huán)時(shí)的體積變化，同時(shí)形成均勻、筆直和直接的離子傳輸路徑，從而允許在電極的長(zhǎng)距離內(nèi)均勻、快速地傳輸鋰離子以及高倍率運(yùn)行。

另一方面，覆蓋的碳納米纖維墊在整個(gè)電極厚度的短范圍內(nèi)可提供強(qiáng)大的毛細(xì)作用，從而增強(qiáng)與電解液的親和力，這使得碳納米纖維墊能夠作為大量均勻分布和局部化的微型儲(chǔ)層來(lái)容納電解液，從而促進(jìn)鋰離子的均勻分布，并在高面負(fù)載和高倍率循環(huán)下均勻地沉積和剝離鋰。

圖2 結(jié)構(gòu)及形態(tài)表征

這種空間分層設(shè)計(jì)與以前經(jīng)常依賴人工SEI層或3D主體的表面親鋰功能的工作有著根本的不同。因此，所制備的電極在高面積容量（高達(dá)40 mAh cm^?2）和高電流密度（高達(dá)40 mA cm^?2）的各種條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，包括在30 mAh cm^?2和10 mA cm^?2條件下實(shí)現(xiàn)了高達(dá)1080次的異常穩(wěn)定無(wú)枝晶循環(huán)。

這項(xiàng)工作為穩(wěn)定、高面容量、無(wú)枝晶的鋰負(fù)極提供了一個(gè)概念上不同的選擇，并為設(shè)計(jì)和制造其他金屬電池負(fù)極提供了一個(gè)空間層次的范例。

圖3 電化學(xué)性能

Spatially hierarchical carbon enables superior long-term cycling of ultrahigh areal capacity lithium metal anodes. Matter 2022. DOI: 10.1016/j.matt.2022.01.017

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