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纳米能源材料研究中心在锂枝晶抑制机理研究方面取得重要进展
作者:[谢科予] 文章来源:[纳米能源材料研究中心] 发布时间:[2018-03-08] 阅读次数:[4903]

日前,纳米材料领域权威期刊Nano Letters (IF=12.712)刊发了西北工业大学关于利用多孔介质抑制锂金属电池体系中锂枝晶抑制普适机理的最新研究成果。论文题目为: “Suppressing Dendritic Lithium Formation Using Porous Media in Lithium Metal Based Batteries”,(Nano Letters, 2018, DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b00183。该论文由实验室纳米能源材料研究中心博士生李楠为第一作者,谢科予教授和魏秉庆教授为通讯作者,研究工作也得到了材料学院李贺军教授、宋强副研究员,波士顿大学Emily M. Ryan教授和犹他州立大学Liu Ling教授等在材料制备与理论计算方面的大力支持。

金属锂因其超高的理论比容量(3860 mAh g-1)和超低的电位(-3.040V vs. SHE)被认为是下一代高比能金属锂电池负极材料的最佳选择。然而,其充放电过程中不可控的锂枝晶生长以及由此引起的循环稳定性差、库伦效率低和安全隐患高等系列问题,严重制约金属锂电池的商业化进程。在众多解决方案之中,利用具有微纳孔隙的多孔介质(如无机固态电解质、涂覆隔膜、多孔中间层等)来抑制电沉积过程中的枝晶生长被认为是最简单有效的。然而,相应实验结果背后的共性基础问题尚未引起关注,因此难以从根本上解决枝晶生长问题。本研究结合理论计算与实验结果,阐明了金属锂电沉积过程中多孔介质内部局部离子流量和孔道结构对锂枝晶抑制效果的作用规律,揭示了多孔介质中锂枝晶抑制的普适原理,为研究开发更安全、更耐用的新一代金属电池(LiNaKAl等电池)提供了理论指导。

    本研究工作得到了国家自然科学基金项目,西北工业大学“翱翔新星计划”和西北工业大学“青年教师国际名校访学支持计划”等项目支持


         图1 Li在多孔介质 (a, c, e) 和非多孔介质 (b, d, f) 中的生长模拟


2 Li在覆盖α-Si3N4膜铜集流体 (a, c, d, g, h) 和商用铜集流体 (b, e, f, i, j) 上的沉积形貌

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