大連化物所開發出應用于金屬鋰負極的MXene/石墨烯氣凝膠
時間:2019-12-13 21:20來源:中科院大連化物所 作者:綜合報道
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近日，大連化物所二維材料與能源器件研究組（DNL21T3）吳忠帥研究員團隊發展了一種三維高導電、親鋰性的MXene/石墨烯多孔氣凝膠新材料，并將其應用于高鋰載量、高容量、無枝晶金屬鋰負極，獲得了高比能、長壽命鋰金屬電池。
金屬鋰具有超高質量理論比容量（3860 mAh g-1 ）和最低的氧化還原電壓（-3.04 V vs. SHE），被認為是一種非常有應用前景的高比能鋰電池負極材料。但由于其存在不可控的鋰枝晶、死鋰，以及充放電過程鋰金屬體積膨脹等問題，導致鋰金屬循環性能差，安全性能低，限制了鋰金屬負極在高比能鋰金屬電池中的實際應用。
因此，如何在保持鋰金屬超高容量的同時，抑制鋰枝晶的生長，實現均勻的鋰沉積，并延長其循環壽命是目前鋰金屬電池應用研究的瓶頸之一。
該團隊開發出一種三維MXene/石墨烯多孔氣凝膠材料，并將其用作鋰金屬的載體，成功構筑出柔性的、高鋰載量（3560 mAh g-1）的金屬鋰負極復合材料。該三維MXene/石墨烯氣凝膠材料具有高比表面積（259 m2 g-1）、優異導電性、良好的親鋰性能，實現了高的庫倫效率（99%），顯著提高了金屬鋰負極的循環穩定性（2700 h），遠高于目前文獻中報道值。
重要的是，將該鋰金屬負極應用到鋰硫、鋰/鈦酸鋰全電池中，都表現出高的比容量、優異的循環穩定性和倍率性能。這種三維高導電親鋰網絡結構的設計策略為構建高能量密度、長循環壽命的鋰金屬電池提供了新的思路。
上述工作得到了國家重點研發計劃、中科院潔凈能源創新研究院等項目的資助。相關研究成果發表在《美國化學會·納米》(ACS Nano)上。(文/圖 石浩東、侯曉城）
(責任編輯：子蕊)
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