鋰金屬（Li）是最具吸引力的鋰電池負極，因為它具有最高的理論比容量（3860 mA h g-1）和最低的氧化還原電位（-3.040 V vs SHE）。然而，由于鋰金屬在循環(huán)過程中的高反應性和枝晶形成，鋰負極的界面穩(wěn)定性較差，這導致電化學性能不理想和安全問題。雖然二維氮化硼（BN）納米片已被用作界面層，但它們如何穩(wěn)定鋰-電解質界面的機制仍不清楚。圖1. 不同基底上的鋰沉積示意圖迪肯大學Fangfang Chen、Weiwei Lei、Joselito M. Razal等展示了氮化硼納米片夾層如何抑制鋰枝晶的形成、增強鋰離子傳輸動力學、促進鋰沉積并減少電解液分解。具體而言，作者研究了由絕緣的BN和導電的還原氧化石墨烯（rGO）組成的具有不同電子導電率的基于二維納米材料的界面層對鋰的傳輸、脫溶劑化、成核和沉積行為的影響。研究發(fā)現，鋰沉積受二維納米材料的物理化學特性影響很大。例如，鋰沉積在rGO界面層的內部和表面，從而減少了枝晶的形成。相比之下，鋰離子很容易穿過BN層并沉積在負極表面，從而改善了對枝晶的抑制。此外，鋰離子在BN層間的傳輸動力學也得到了很大改善，這一點可以從交換電流密度的提高得到證明。進一步的研究與模擬相結合，闡明了這一機制，揭示了BN界面層納米通道內的部分鋰離子脫溶劑化過程，從而改善了鋰離子傳輸動力學并降低了沉積過電位。圖2.?Li沉積形態(tài)和電極表面性質作為概念驗證，這項工作用BN基界面層來修飾摻鋰的還原氧化石墨烯（rGO@Li）電極的表面，這些電極顯示出巨大的改進性能，包括改進的循環(huán)、表面穩(wěn)定性、最小的體積變化和減少的電壓滯后。此外，通過在鋰箔上轉移BN層的可擴展?jié)L動方法，證明了基于BN的界面層的實際應用，由此產生的BN改性鋰負極（BN@Li）在對稱電池和全電池中的電化學性能都得到了顯著改善。這種合理的鋰負極界面層設計為構建穩(wěn)定的鋰金屬負極提供了一條可行的途徑。圖3.?氮化硼改性鋰負極的實際應用Interfacial Modification of Lithium Metal Anode by Boron Nitride Nanosheets. ACS Nano 2024. DOI: 10.1021/acsnano.3c11135
