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盧周廣/程鑫/羅光富EnSM: 梯度SEI引導(dǎo)無負(fù)極電池可調(diào)儲層中的鋰沉積

無負(fù)極電池（AFB）作為一種特殊類型的鋰金屬電池（LMB），因?yàn)楸苊饬虽嚱饘俨奶幚砗椭圃烨揖哂谐吣芰棵芏鹊臐摿Χ饛V泛關(guān)注，但鋰枝晶在很大程度上阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。

在此，南方科技大學(xué)盧周廣教授、程鑫教授及羅光富副研究員等人采用納米微壓印技術(shù)在市售銅箔的表面上創(chuàng)建高度規(guī)則的微孔網(wǎng)格 (MHG) 多孔結(jié)構(gòu)，然后在預(yù)先設(shè)計(jì)的MHG-Cu儲層上原位生長梯度固體電解質(zhì)界面 (SEI) 層來引導(dǎo)均勻的鋰沉積和傳播，從而穩(wěn)定電極界面且表面應(yīng)力顯著降低，使AFB具有出色的面積容量和循環(huán)性能。

通過冷凍電鏡 (Cryo-TEM) 和XPS證實(shí)梯度SEI由 (1) 彈性有機(jī)頂層組成，以阻止非鋰物質(zhì)遷移并承受體積波動，以及 (2) 親鋰性的富LiCl底層以提供快速的鋰供應(yīng)。Operando電子順磁共振（EPR）顯示出動態(tài)鋰沉積，明確表明無枝晶行為。

圖1. 充電過程中不同集流體上的的鋰沉積示意圖

因此，具有MHG結(jié)構(gòu)的可調(diào)Cu儲層（MHG-Cu-CuCl）可以釋放鍍鋰的應(yīng)力并抑制鋰枝晶的生長，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)0.01~5.18 mAh cm^-2的可調(diào)容量。

此外，MHG-Cu-CuCl||LFP無負(fù)極電池表現(xiàn)出優(yōu)異的庫侖效率（平均99.6%）、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性（100次循環(huán)的保持率為76.6%），遠(yuǎn)優(yōu)于具有平面集流體的對照電池。這些發(fā)現(xiàn)將為未來的設(shè)計(jì)提供啟示，并加速高能量、安全的可充電無負(fù)極LMB的工業(yè)應(yīng)用。

圖2. MHG-Cu-CuCl||LFP無負(fù)極電池的電化學(xué)性能

Gradient nano-recipes to guide lithium deposition in a tunable reservoir for anode-free batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.11.037

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