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大連化物所開發(fā)出應用于金屬鋰負極的MXene/石墨烯氣凝膠

時間:2019-12-13 21:20來源:中科院大連化物所 作者:綜合報道
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       近日,大連化物所二維材料與能源器件研究組(DNL21T3)吳忠?guī)浹芯繂T團隊發(fā)展了一種三維高導電、親鋰性的MXene/石墨烯多孔氣凝膠新材料,并將其應用于高鋰載量、高容量、無枝晶金屬鋰負極,獲得了高比能、長壽命鋰金屬電池。
 
       金屬鋰具有超高質量理論比容量(3860 mAh g-1 )和最低的氧化還原電壓(-3.04 V vs. SHE),被認為是一種非常有應用前景的高比能鋰電池負極材料。但由于其存在不可控的鋰枝晶、死鋰,以及充放電過程鋰金屬體積膨脹等問題,導致鋰金屬循環(huán)性能差,安全性能低,限制了鋰金屬負極在高比能鋰金屬電池中的實際應用。
 
       因此,如何在保持鋰金屬超高容量的同時,抑制鋰枝晶的生長,實現均勻的鋰沉積,并延長其循環(huán)壽命是目前鋰金屬電池應用研究的瓶頸之一。
 
       該團隊開發(fā)出一種三維MXene/石墨烯多孔氣凝膠材料,并將其用作鋰金屬的載體,成功構筑出柔性的、高鋰載量(3560 mAh g-1)的金屬鋰負極復合材料。該三維MXene/石墨烯氣凝膠材料具有高比表面積(259 m2 g-1)、優(yōu)異導電性、良好的親鋰性能,實現了高的庫倫效率(99%),顯著提高了金屬鋰負極的循環(huán)穩(wěn)定性(2700 h),遠高于目前文獻中報道值。
 
       重要的是,將該鋰金屬負極應用到鋰硫、鋰/鈦酸鋰全電池中,都表現出高的比容量、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。這種三維高導電親鋰網絡結構的設計策略為構建高能量密度、長循環(huán)壽命的鋰金屬電池提供了新的思路。
 
       上述工作得到了國家重點研發(fā)計劃、中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院等項目的資助。相關研究成果發(fā)表在《美國化學會·納米》(ACS Nano)上。(文/圖 石浩東、侯曉城)
 
(責任編輯:子蕊)
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