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具有令人滿意的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和性能可調(diào)性的自支撐碳基基板在柔性鋰金屬電池（FLMB）中具有廣闊的應(yīng)用前景。目前碳材料的改性策略通常是在粉末碳上進(jìn)行，很少有適合自支撐碳基板的。

東北師范大學(xué)孫海珠等開發(fā)了一種基于金屬氧化物納米點的氧化還原化學(xué)的成孔策略，以制備兩種用于負(fù)極和正極的多孔碳基底。

圖1 材料表征

由碳化棉布生成中空碳纖維，并通過還原NiO納米點形成孔隙，為負(fù)極提供最終的PCtC@rGO@Ni基底，由于優(yōu)異的親鋰性和導(dǎo)電性，Ni被作為修飾碳纖維的目標(biāo)金屬。PCtC@rGO@Ni獨特的多孔結(jié)構(gòu)可有效降低Li⁺通量、Li⁺濃度和電場的不均勻分布，從而避免鋰枝晶的形成。

實驗和密度泛函理論(DFT)計算都表明，在PCtC@rGO@Ni基板上實現(xiàn)了均勻的鋰金屬沉積，并且沒有鋰枝晶存在，尤其是在高電流密度下。

圖2 半電池性能

因此，組裝的鋰對稱電池在1 mA cm^-2和5 mAh cm^-2下穩(wěn)定循環(huán)了8300小時，并具有9 mV的超低電壓滯后。類似地，該策略可應(yīng)用于商業(yè)碳布以增加孔隙率并提高用作正極的V₂O₅納米線的生長活性。

結(jié)果，基于多孔碳基板組裝而成的尺寸為3 × 3 cm²的FLMB軟包電池，初始放電容量為 8.2 mAh，當(dāng)電池發(fā)生劇烈變形時，在47次循環(huán)后仍可保持100%的高容量保持率，表現(xiàn)出優(yōu)異的柔韌性。這項工作所展示的策略在制備用于柔性儲能裝置的自支撐多孔碳基材料方面具有深遠(yuǎn)的潛力。

圖3 柔性鋰金屬電池性能

A Pore‐Forming Strategy Towards Porous Carbon‐Based Substrates for High Performance Flexible Lithium Metal Full Batteries. Energy & Environmental Materials 2022. DOI: 10.1002/eem2.12368

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東北師大孫海珠EEM：用于高性能柔性鋰金屬全電池的多孔碳基板

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