具有均勻孔隙和功能化表面的離子隔膜在解決鋰金屬電池的鋰枝晶問(wèn)題方面顯示出巨大的潛力。

圖1 材料制備及表征

四川大學(xué)趙焱、武漢理工大學(xué)麥立強(qiáng)、江漢大學(xué)李兆槐等設(shè)計(jì)了一種具有高度有序納米通道和多功能表面的離子分流隔膜（M-NC@MXene/PP）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和各種理論模擬都證明了它在傳統(tǒng)和先進(jìn)的鋰金屬電池系統(tǒng)中的巨大應(yīng)用潛力。高度有序的納米通道可以有效地均化通過(guò)隔膜的鋰離子流的梯度濃度，這會(huì)促進(jìn)電解液和負(fù)極之間界面上的離子再分配，從而實(shí)現(xiàn)了鋰的平坦和致密沉積。

此外，原子上分散的過(guò)渡金屬促進(jìn)了電子的捐贈(zèng)和與陰離子的協(xié)調(diào)。因此，它們可以有效地調(diào)節(jié)鋰鹽的分解速度，穩(wěn)定電解液的溶劑化構(gòu)型，并提高鋰沉積和剝離的動(dòng)力學(xué)。

圖2 電化學(xué)性能研究

電化學(xué)性能表明，Zn-NC@MXene/PP隔膜在鋰沉積/剝離過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了高而穩(wěn)定的CE，并大大延長(zhǎng)了鋰負(fù)極的循環(huán)壽命。在全電池應(yīng)用中，Li||Ni83軟包電池顯示循環(huán)壽命延長(zhǎng)了5倍（150次循環(huán)后的容量保持率為93.9%），能量密度為305 Wh kg^-1。

這些結(jié)果表明，在更大尺寸的軟包電池模型中，將鋰金屬與高鎳正極耦合在一起，可能會(huì)導(dǎo)致未來(lái)的高能量密度超過(guò)400 Wh kg^-1。此外，Li-S電池的循環(huán)壽命也得到了顯著的改善，每循環(huán)的容量衰減為0.04%。

圖3 理論計(jì)算

Ultra-Uniform and Functionalized Nano-Ion Divider for Regulating Ion Distribution toward Dendrite-Free Lithium Metal Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202302418