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大连化物所开发出应用于高容量无枝晶金属锂负极的MXene/石墨烯气凝胶
2019.12.11   点击80次

近日,我所二维材料与能源器件研究组(DNL21T3)吴忠帅研究员团队发展了一种三维高导电、亲锂性的MXene/石墨烯多孔气凝胶新材料,并将其应用于高锂载量、高容量、无枝晶金属锂负极,获得了高比能、长寿命锂金属电池。

金属锂具有超高质量理论比容量(3860 mAh g-1)和最低的氧化还原电压(-3.04 V vs. SHE),被认为是一种非常有应用前景的高比能锂电池负极材料。但由于其存在不可控的锂枝晶、死锂,以及充放电过程锂金属体积膨胀等问题,导致锂金属循环性能差,安全性能低,限制了锂金属负极在高比能锂金属电池中的实际应用。因此,如何在保持锂金属超高容量的同时,抑制锂枝晶的生长,实现均匀的锂沉积,并延长其循环寿命是目前锂金属电池应用研究的瓶颈之一。

该团队开发出一种三维MXene/石墨烯多孔气凝胶材料,并将其用作锂金属的载体,成功构筑出柔性的、高锂载量(3560 mAh g-1)的金属锂负极复合材料。该三维MXene/石墨烯气凝胶材料具有高比表面积(259 m2 g-1)、优异导电性、良好的亲锂性能,实现了高的库伦效率(99%),显著提高了金属锂负极的循环稳定性(2700 h),远高于目前文献中报道值。重要的是,将该锂金属负极应用到锂硫、锂/钛酸锂全电池中,都表现出高的比容量、优异的循环稳定性和倍率性能。这种三维高导电亲锂网络结构的设计策略为构建高能量密度、长循环寿命的锂金属电池提供了新的思路。

上述工作得到了国家重点研发计划、中科院洁净能源创新研究院等项目的资助。相关研究成果发表在《美国化学会·纳米》(ACS Nano)上。

中国科学院大连化学物理研究所