二維介孔聚吡咯-氧化石墨烯異質結助力高能量密度的無枝晶鋰金屬電池

為瞭提高電動汽車等儲能設備的續航能力,開發高能量密度、功率密度和長循環壽命的鋰金屬電池成為當前領域的研究熱點。然而,由於生成不均勻的鋰枝晶和循環過程中的體積變化,鋰金屬電池面臨著循環性能差、安全性能低等問題。因此,設計良好的納米結構來實現鋰離子的均勻分佈和傳輸至關重要,有助於實現無枝晶的鋰金屬電池。

二維介孔聚吡咯-氧化石墨烯異質結助力高能量密度的無枝晶鋰金屬電池

鑒於此,中國科學院大連化學物理研究所吳忠帥研究員等人設計瞭一種新型的介孔聚吡咯–氧化石墨烯二維異質結構,並將其用作雙功能的鋰離子再分配器來調節鋰離子的逐步分佈和鋰沉積行為,從而獲得瞭極其穩定的無枝晶鋰金屬陽極這項工作為今後構建高能量密度、長壽命鋰金屬電池的二維異質結構提供瞭新的途徑。

二維介孔聚吡咯-氧化石墨烯異質結助力高能量密度的無枝晶鋰金屬電池

文章亮點:

1.該二維異質結構由有缺陷的氧化石墨烯(GO)納米片夾在介孔聚吡咯層(mPPy)上形成。其中,mPPy上豐富的介孔結構有助於促進鋰離子的快速傳輸,而有缺陷的GO納米片有助於實現均勻的鋰離子分佈,從而實現均勻分佈的鋰通量並有效降低鋰金屬負極的電流密度。

2.得益於二維介孔mPPy層的鋰離子納米通道和GO納米片的納米篩的協同作用, mPPy-GO二維異質結電極表現出超長的循環穩定性(1000次循環)和超低的過電勢(70 mV)。在0和50 ℃的溫度和10 mA cm-2的高電流密度下,穩定循環1000次(2000 h),庫倫效率高達98%。

3.進一步將其與LiCoO2陰極組裝成全電池,mPPy-GO-Li / LiCoO2也表現出優異的循環穩定性,循環450次後,容量保持率大於90%。

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