剑桥大学《ACS Nano》：这类锂金属负极报道的最佳性能！

  金属锂（Li）是一种很有前途的锂离子电池（LIBs）负极材料，其理论比容量高达3860 mAh g−1，电势低至−3.04 V。然而这些负极依赖于Li的重复电镀和剥离，导致了Li的消耗和锂枝晶的生长，因此导致自放电和安全问题。未解决这样一些问题以及体积变化有关的问题，已经报道了许多不同的多孔导电支架，以产生可以可靠地镀覆锂的高表面积电极，但目前的工艺通常依赖于昂贵或可扩展性差的技术。

  剑桥大学Michael De Volder团队报道了一种可大规模制造的方法，使用一步电沉积工艺制备坚固的3D Cu负极，能够最终靠改变电沉积参数来调节表面负载、孔结构和电极厚度，展示了标准机械压延如何提供一种逐步优化电极体积、容量和循环稳定性的方法。在电流密度为0.5 mA cm−2、总容量为0.5 mAh cm−2的半电池中，优化的电极在800次循环中实现了99%的高库仑效率（CE）。这是使用双（三氟甲磺酰基）酰亚胺锂LITFSI基电解质的锂金属负极有史以来报道的最佳性能。相关研究成果以“3D Porous Cu-Composites for Stable Li-Metal Battery Anodes”为题发表在ACS Nano上。

  锂金属因其高比容量（理论上为3860 mAh g−1）和低氧化还原电位而有望取代传统的石墨负极。在锂金属负极中，锂在充电过程中被镀在导电集流体上，在放电过程中被剥离。这样的一个过程看上去很简单，但它面临着几个实际挑战：（i）跟着时间的推移，形成了锂枝晶，这导致“死锂”或电池短路。（ii）该过程导致过多的固态电解质界面产生，进而导致锂的进一步消耗。（iii）锂金属负极在循环过程中体积发生显著变化。这些现象导致循环寿命短、安全和别的问题，使锂金属负极难以商业化。

  研究者在抑制锂枝晶形成方面做多种尝试。一种方法是使用电解质添加剂来稳定固态电解质界面（SEI），例如Cs+、Rb+、氮化硼（BN）和硝酸锂（LiNO3）以及不同的电解质溶剂和盐（例如LiFSI）。然而，在高面积负载和高电流密度下获得稳定的SEI仍然是一个挑战。减少枝晶形成的第二种方法是控制施加在电极上的机械压力。第三种方法是用三维（3D）多孔负极减少枝晶生长，为电镀过程提供更高的表面积，以此来降低电流密度，这降低了锂枝晶形成的风险。此外，3D电镀支架减少了电镀和剥离过程中体积膨胀的问题。Cu是这些3D结构的合理材料选择，它因其高导电性和电化学稳定性而用于商业电池中的负极集流体。

  在这项工作中，作者展示了一种可规模化的电沉积方法，来产生用于锂金属电镀和剥离的具有合适孔结构的泡沫铜，这些泡沫能够最终靠调整合成条件和压延来调节厚度和孔隙率。首次使用光学显微镜研究了Li的电镀和剥离过程，揭示了均匀的电镀和剥除。电镀铜可以产生一系列不同的多孔结构，然而这些通常是脆性的，并且很容易从基底上断裂。在本文中，通过将碳纳米管（CNTs）与铜共镀，可以制造出一种机械弹性结构，该结构可以很容易地组装在扣式电池中。沉积时，这些3D Cu-CNT复合材料具有开孔结构，其中铜涂覆在CNT上。此外，本文提出的3D Cu-CNT复合材料的厚度能够最终靠简单地改变电沉积条件来控制，这种工艺也适合大规模生产。作者用操作光学电池研究了锂金属在这些结构上的沉积，并用压延法优化了电极密度，所提出的3D结构在半电池配置中表现出优异的循环寿命，在长达800个循环中具有99%的高库伦效率。这一结果是有史以来报道的锂金属负极在基于LITFSI电解质中的最高值。（文：李澍）

  图1（a）制备多孔三维Cu-CNT的电镀工艺方案；（b-c）通过不含CNT的电沉积工艺和含有CNT的制造的结构,（d）电沉积制备的3D多孔Cu-CNT的SEM图,（e）三维多孔Cu-CNT复合材料的XRD图,（f-g）裸铜箔和3D多孔Cu-CNT复合材料的锂电镀/剥离的示意图

  图5（a）库伦效率和（b，c）对称Li-Cu//Li-Cu和Li-Cu-CNT中循环性能的电压-时间曲线。

  本文来自微信公众号“材料科学与工程”。欢迎转载请联系，未经许可谢绝转载至其他网站。

  特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。

  患“僵人综合征”后首次公开演出，席琳·迪翁巴黎奥运会开幕式上压轴献唱！曾演唱名曲《我心永恒》

  美国顾客点无骨鸡翅被骨头划伤喉咙 起诉饭店遭驳回 法院：无骨鸡翅可以有骨头

  讯飞医疗更新招股书，今年前三月收入达1.02亿，中国医疗AI行业排名第一

  Nothing Phone (2a) Plus 手机完整规格曝光：12GB RAM、50MP双摄

  苹果重发 iOS / iPadOS 18 Beta 4 更新，版本号升至 22A5316k

  LPL最饭圈战队？BLG公开投诉粉丝！因粉丝喊话：S赛看Knight状态