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西安交大「國家級青年人才」,宋江選團隊,新發(fā)Nature子刊!

西安交大「國家級青年人才」,宋江選團隊,新發(fā)Nature子刊!
第一作者:Yanhua Zhang
通訊作者:宋江選
通訊單位:西安交通大學
西安交大「國家級青年人才」,宋江選團隊,新發(fā)Nature子刊!
宋江選,男,西安交通大學教授,博士生導師,國家級青年人才;在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nano Lett., ACS Nano, Adv. Mater.等權(quán)威期刊發(fā)表論文80余篇,其中影響因子>15論文20余篇,ESI高被引(1%)論文7篇,ESI熱點(0.1%)論文3篇,累計共他引6000余次,參編學術(shù)專著3部;申請專利40余件,授權(quán)20余項,含2項PCT專利。
論文速覽
本論文提出了一種創(chuàng)新的方法,通過稀土元素摻雜和復合層的協(xié)同調(diào)控,解決了鋰金屬電池中不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面(SEI)和鋰枝晶問題。具體而言,研究團隊利用摻釔氟化物/聚甲基丙烯酸甲酯(YF3/PMMA)復合層,實現(xiàn)了鋰金屬的原位摻雜,改變了鋰金屬的表面能和晶體取向,從而顯著提高了電池的穩(wěn)定性和循環(huán)性能。
實驗結(jié)果表明,該方法能顯著減少鋰與電解液之間的副反應,提高庫侖效率,并在苛刻條件下展示了高能量密度和優(yōu)異的容量保持率。
圖文導讀
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圖1:有無YP層的銅箔上鋰沉積行為的示意圖。
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圖2:通過原位XRD揭示了不同晶面的鋰沉積過程中的晶體取向演變,以及摻雜Y后鋰金屬的表面能變化。
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圖3:YP誘導的SEI層的結(jié)構(gòu),以及ToF-SIMS分析了SEI中LiF和有機成分的分布。
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圖4:利用原子力顯微鏡(AFM)分析了SEI層的機械穩(wěn)定性,并利用有限元方法(FEM)模擬了循環(huán)過程中的應力分布。
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圖5:不同面容量下YP-Cu和裸Cu電極上鋰沉積的形貌。
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圖6:不同面容量和電流密度下Li|Cu不對稱電池的庫侖效率和電壓曲線。
總結(jié)展望
本研究通過在鋰金屬負極上構(gòu)建YF3/PMMA復合層,成功實現(xiàn)了對SEI層力學性能和鋰金屬晶體取向的協(xié)同調(diào)控,顯著提升了鋰金屬電池的穩(wěn)定性和循環(huán)性能。
這項工作不僅為高能量密度鋰金屬電池的實際應用提供了新的思路,也為未來鋰金屬電池的進一步研究和開發(fā)奠定了堅實的基礎。
文獻信息
標題:Synergetic regulation of SEI mechanics and crystallographic orientation for stable lithium metal pouch cells
期刊:Nature Communications
DOI:10.1038/s41467-024-48889-8

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