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

時(shí)間:2022-10-20 09:08來(lái)源:蓋世汽車(chē) 作者:Elisha

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據(jù)外媒報(bào)道，武漢工程大學(xué)（Wuhan Institute of Technology）與重慶綠色智能技術(shù)研究院（Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology）的研究人員在《能源化學(xué)》（Energy Chemistry）雜志上發(fā)表了一篇論文，主要涉及在3D碳基鋰負(fù)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(lái)源：sciencedirect）

目前，由于便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車(chē)和清潔能源存儲(chǔ)設(shè)備迅猛發(fā)展，開(kāi)發(fā)高儲(chǔ)能、長(zhǎng)壽命的可充電電池已成為當(dāng)務(wù)之急。與標(biāo)準(zhǔn)氫電極相比，鋰具有高質(zhì)量比容量（3860 mAhg-1）和低電化電勢(shì)（−3.04 V），對(duì)于下一代儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是最有前景的負(fù)極材料之—。

然而，鋰的電化學(xué)不穩(wěn)定性和無(wú)主體特性，在鋰電鍍/剝離過(guò)程中會(huì)引起枝晶不可控生長(zhǎng)和體積過(guò)分膨脹。這會(huì)導(dǎo)致難以彌補(bǔ)的電解質(zhì)消耗和內(nèi)部短路，影響鋰金屬負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用。

在這項(xiàng)研究中，研究人員采用熱擴(kuò)散法，在碳基框架上原位制備具有Li3N梯度的三維鋰負(fù)極（CC/Li/Li3N）。密度泛函理論計(jì)算表明，Li+在Li3N層上的擴(kuò)散能壘，比在鋰表面上低近20倍。這說(shuō)明在鋰電鍍/剝離過(guò)程中Li3N能有效促進(jìn)Li+擴(kuò)散，并能承受高電流密度。

通過(guò)原位光學(xué)顯微鏡進(jìn)一步證實(shí)，Li3N可以使Li+有效地通過(guò)電極/電解質(zhì)界面，并在高電流密度下穩(wěn)步實(shí)現(xiàn)無(wú)枝晶生長(zhǎng)。將這種負(fù)極與LiFePO4正極相結(jié)合，在電解液電池和固態(tài)電芯中，整個(gè)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(fù)極具有良好的商業(yè)普適性。

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：鋰金屬電池 3D碳基鋰負(fù)極

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