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廈大謝清水AFM: 由離子整流層誘導(dǎo)的無枝晶反向鋰沉積，用于鋰金屬電池

目前學(xué)界為抑制鋰 (Li) 枝晶和提高鋰金屬電池的循環(huán)穩(wěn)定性以促進其商業(yè)應(yīng)用，已經(jīng)開展了相當(dāng)多的研究。通過可擴展的方法設(shè)計連續(xù)、多孔隔膜改性層對于整流鋰離子通量，調(diào)節(jié)鋰成核和沉積行為，最終提高鋰金屬負(fù)極的電化學(xué)性能具有重要意義，但到目前為止這仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

在此，廈門大學(xué)謝清水副教授等人通過可擴展的方法提出了具有均勻納米孔的連續(xù)鋅（Zn）納米顆粒組裝膜作為隔膜的改性層。當(dāng)液體電解質(zhì)中的Li⁺被Zn膜捕獲時原位形成LiZn合金，LiZn合金對于Li的成核和擴散具有高表面能和低擴散勢壘。

因此，精心設(shè)計的LiZn合金整流層具有分布均勻的 Li⁺擴散路徑，不僅可以使 Li⁺通量均勻，同時也引導(dǎo)LiZn層表面均勻的鋰成核，并賦予鋰向負(fù)極的反向生長。

圖1. 多孔鋅膜改性隔膜（Zn-PP）的合成方案及鋰沉積示意圖

當(dāng)應(yīng)用于具有傳統(tǒng)碳酸鹽基電解液的Li||LiFePO₄全電池時，改性隔膜可在5 C以及在高達19.72 mg cm^-2的商業(yè)質(zhì)量負(fù)載下循環(huán)120次后具有144 mAh g^-1的出色可逆容量。

優(yōu)異的電化學(xué)性能歸因于改性層誘導(dǎo)的無枝晶反向鋰沉積，其親鋰特性可調(diào)節(jié)隔膜上的均質(zhì)鋰成核以及其分布均勻的納米孔，用于均勻鋰離子通量和增強電解液潤濕性。

圖2. Zn-PP對電解液中鋰離子通量的模擬計算

Dendrite-Free Reverse Lithium Deposition Induced by Ion Rectification Layer toward Superior Lithium Metal Batteries, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202104081

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