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“截停”鋰枝晶 單層石墨烯電極可避免鋰電池短路

2018-07-17 09:11:05 科技日?qǐng)?bào)  點(diǎn)擊量: 評(píng)論 (0)
記者15日獲悉,軍事科學(xué)院、北京大學(xué)等單位聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)合成了一種完美的單層石墨烯電極,并揭示鋰原子以其為基底材料進(jìn)行電沉積的行為,填補(bǔ)了金屬鋰在碳原子晶格上異相成核的基礎(chǔ)研究空白,為破解鋰電池產(chǎn)業(yè)化遭遇的鋰枝晶等難題提供理論基礎(chǔ)。

記者15日獲悉,軍事科學(xué)院、北京大學(xué)等單位聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)合成了一種完美的單層石墨烯電極,并揭示鋰原子以其為基底材料進(jìn)行電沉積的行為,填補(bǔ)了金屬鋰在碳原子晶格上異相成核的基礎(chǔ)研究空白,為破解鋰電池產(chǎn)業(yè)化遭遇的鋰枝晶等難題提供理論基礎(chǔ)。相關(guān)論文近日在線發(fā)表在《儲(chǔ)能材料》(Energy storage materials)雜志上。

“鋰枝晶”會(huì)在液體鋰電池中生長(zhǎng),刺穿隔膜,造成電池短路。研究團(tuán)隊(duì)成員軍事科學(xué)院副研究員張浩介紹,近年的研究以多孔碳基材料構(gòu)筑金屬鋰負(fù)極骨架的方法抑制鋰枝晶生長(zhǎng),但是規(guī)律紊亂、效果有限。原因之一是學(xué)界對(duì)金屬鋰在碳晶格上電沉積成核的基礎(chǔ)研究的空白。

要明確金屬鋰如何在碳晶格沉積,必須獲得純粹、無(wú)背景干擾的生長(zhǎng)環(huán)境。為此,團(tuán)隊(duì)中的北京大學(xué)彭海琳教授課題組合成了一個(gè)完美的碳原子基面,利用化學(xué)氣相沉積法在銅箔上生長(zhǎng)出了單層石墨烯。論文第一作者、團(tuán)隊(duì)成員孟倩倩介紹,單層石墨烯可以用來(lái)排除多孔碳帶來(lái)的一切耦合因素對(duì)鋰沉積的干擾,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬鋰在碳晶格上的異相成核行為的清晰解讀。

在此基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)非原位掃描電鏡觀測(cè)等方法進(jìn)行了一系列基礎(chǔ)理論探索發(fā)現(xiàn),與傳統(tǒng)金屬集流體(電池中匯集電流的組件)相比,鋰在完美碳基面上的成核位壘更高、更難成核,因此以石墨烯取代金屬作為集流體或?qū)Y(jié)晶產(chǎn)生抑制效果。

團(tuán)隊(duì)還觀測(cè)到碳晶格上存在的位錯(cuò)等缺陷能夠促進(jìn)鋰成核、在鋰枝晶交匯點(diǎn)處鋰存在二次成核等現(xiàn)象。這些結(jié)果將幫助對(duì)金屬鋰在碳原子晶格上成核、鋰枝晶生長(zhǎng)等相關(guān)機(jī)制的理解,進(jìn)而產(chǎn)生更為有效的三維碳骨架的金屬鋰負(fù)極設(shè)計(jì)策略,解決鋰枝晶生長(zhǎng)的問(wèn)題。

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