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中國研究人員制備具有氮化鋰梯度的3D碳基鋰負極 可提高鋰金屬電池的穩(wěn)定性

時間:2022-10-20 09:08來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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       據外媒報道,武漢工程大學(Wuhan Institute of Technology)與重慶綠色智能技術研究院(Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology)的研究人員在《能源化學》(Energy Chemistry)雜志上發(fā)表了一篇論文,主要涉及在3D碳基鋰負極中原位生成Li3N濃度梯度,從而形成高度穩(wěn)定的鋰金屬電池。
(圖片來源:sciencedirect)
 
       目前,由于便攜式電子產品、電動汽車和清潔能源存儲設備迅猛發(fā)展,開發(fā)高儲能、長壽命的可充電電池已成為當務之急。與標準氫電極相比,鋰具有高質量比容量(3860 mAhg-1)和低電化電勢(−3.04 V),對于下一代儲能系統(tǒng)來說是最有前景的負極材料之—。
 
       然而,鋰的電化學不穩(wěn)定性和無主體特性,在鋰電鍍/剝離過程中會引起枝晶不可控生長和體積過分膨脹。這會導致難以彌補的電解質消耗和內部短路,影響鋰金屬負極的實際應用。
 
       在這項研究中,研究人員采用熱擴散法,在碳基框架上原位制備具有Li3N梯度的三維鋰負極(CC/Li/Li3N)。密度泛函理論計算表明,Li+在Li3N層上的擴散能壘,比在鋰表面上低近20倍。這說明在鋰電鍍/剝離過程中Li3N能有效促進Li+擴散,并能承受高電流密度。
 
       通過原位光學顯微鏡進一步證實,Li3N可以使Li+有效地通過電極/電解質界面,并在高電流密度下穩(wěn)步實現(xiàn)無枝晶生長。將這種負極與LiFePO4正極相結合,在電解液電池和固態(tài)電芯中,整個電芯表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性和高容量保持率。這表明CC/Li/Li3N負極具有良好的商業(yè)普適性。
 
(責任編輯:子蕊)
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