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截停“锂枝晶” 单层石墨烯电极可避免锂电池短路

作者:管理員

記者15日獲悉,軍事科學院、北京大學等單位聯合研究團隊合成了一種完美的單層石墨烯電極,並揭示锂原子以其爲基底材料進行電沈積的行爲,填補了金屬锂在碳原子晶格上異相成核的基礎研究空白,爲破解锂電池産業化遭遇的锂枝晶等難題提供理論基礎。相關論文近日在線發表在《储能材料》(Energy storage materials)杂志上。

“锂枝晶”會在液體锂電池中生長,刺穿隔膜,造成電池短路。研究團隊成員軍事科學院副研究員張浩介紹,近年的研究以多孔碳基材料構築金屬锂負極骨架的方法抑制锂枝晶生長,但是規律紊亂、效果有限。原因之一是學界對金屬锂在碳晶格上電沈積成核的基礎研究的空白。

要明確金屬锂如何在碳晶格沈積,必須獲得純粹、無背景幹擾的生長環境。爲此,團隊中的北京大學彭海琳教授課題組合成了一個完美的碳原子基面,利用化學氣相沈積法在銅箔上生長出了單層石墨烯。論文第一作者、團隊成員孟倩倩介紹,單層石墨烯可以用來排除多孔碳帶來的一切耦合因素對锂沈積的幹擾,進而實現對金屬锂在碳晶格上的異相成核行爲的清晰解讀。

在此基礎上,研究團隊通過非原位掃描電鏡觀測等方法進行了一系列基礎理論探索發現,與傳統金屬集流體(電池中彙集電流的組件)相比,锂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爲集流體或對結晶産生抑制效果。

團隊還觀測到碳晶格上存在的位錯等缺陷能夠促進锂成核、在锂枝晶交彙點處锂存在二次成核等現象。這些結果將幫助對金屬锂在碳原子晶格上成核、锂枝晶生長等相關機制的理解,進而産生更爲有效的三維碳骨架的金屬锂負極設計策略,解決锂枝晶生長的問題。

                                                                                                               (来源-科技日報)