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趙天壽團(tuán)隊(duì)Sci. Bull.：具有仿生離子通道的人工界面層穩(wěn)定鋰金屬負(fù)極

具有低電化學(xué)電位和高理論容量的鋰金屬是下一代電池的一種有前途的負(fù)極材料。然而，由臭名昭著的枝晶生長(zhǎng)引起的低可逆性和安全問(wèn)題大大阻礙了高能量密度的鋰金屬電池（LMBs）的發(fā)展。

圖1 CAL的設(shè)計(jì)

南方科技大學(xué)趙天壽等采用可擴(kuò)展的涂布方法，開(kāi)發(fā)了一個(gè)細(xì)胞膜啟發(fā)的人工層（CAL），其具有仿生物離子通道，以實(shí)現(xiàn)無(wú)枝晶和高可逆的鋰金屬負(fù)極（LMA）。研究顯示，帶負(fù)電的CAL具有均勻的粒子內(nèi)和粒子間的離子通道，有利于鋰離子的傳輸和重新分配鋰離子的通量，有助于穩(wěn)定和均勻的鋰剝離和沉積。

此外，在循環(huán)過(guò)程中，通過(guò)CAL的轉(zhuǎn)化，原位形成了具有豐富親鋰無(wú)機(jī)成分的堅(jiān)固的下層過(guò)渡層，促進(jìn)了鋰離子的擴(kuò)散，抑制了與電解液的連續(xù)副反應(yīng)。另外，由此產(chǎn)生的細(xì)胞膜啟發(fā)的人工Janus層（CAJL）顯示出超高的楊氏模量（≥10.7 GPa），可抑制枝晶的生長(zhǎng)。

圖2 半電池性能

因此，Li@CAJL在10 mA cm^-2的高電流密度和10 mAh cm^-2的高面積容量下顯示出穩(wěn)定的無(wú)枝晶剝離和沉積行為。此外，組裝好的Li-CAJL涂層銅（Li-Cu@CAJL）不對(duì)稱電池可以穩(wěn)定運(yùn)行800小時(shí)，并在傳統(tǒng)的稀醚類電解液中可以獲得99.0%的平均CE。當(dāng)與磷酸鐵鋰（LFP）和硫正極結(jié)合時(shí)，基于Li@CAJL的組裝電池顯示出比采用裸LMA的電池更好的循環(huán)性能。

此外，有效的CAJL功能化使實(shí)用的429.2 Wh kg^-1Li-S軟包電池能夠穩(wěn)定運(yùn)行，顯示了良好的應(yīng)用前景。

圖3 全電池電化學(xué)性能

An artificial interfacial layer with biomimetic ionic channels towards highly stable Li metal anodes. Science Bulletin 2023. DOI: 10.1016/j.scib.2023.06.008

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