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ACS Nano:離子選擇性涂層保護鋰負極,助力實用鋰硫電池!

ACS Nano:離子選擇性涂層保護鋰負極,助力實用鋰硫電池!
鋰金屬是一種理想的高能量密度鋰-硫(Li-S)電池的負極。然而,它的可靠性受到枝晶生長和與多硫化物的副反應的嚴重限制,而這些問題要同時解決還很困難。
ACS Nano:離子選擇性涂層保護鋰負極,助力實用鋰硫電池!
圖1. ALA-ODA層的制備和表征
清華大學深圳國際研究生院呂偉等報告了一種保護層,其工作方式與離子選擇性滲透細胞膜相同,從而獲得了一種專門用于Li-S電池的抗腐蝕和無枝晶的鋰金屬負極(LMA)。具體而言,這項工作為LMA制作了一個致密、穩定但超薄的保護層,該保護層由十八胺(ODA)和Al?Li合金(ALA)(表示為ALA-ODA)組成。
ODA是一種由?NH2基團和長烷基鏈組成的表面活性劑。當將鋰金屬浸入AlCl3?ODA?四氫呋喃(THF)混合物溶液中時,ODA中的?NH2基團會與Li金屬反應形成Li3N,并導致ODA在LMA表面上快速、定向和自限制組裝,從而形成薄而致密的層,用作膜體,有效阻止多硫化物離子到達。
同時,添加的AlCl3中的Al3+離子在組裝過程中被?NH2吸附,并被Li還原,在組裝層中產生均勻的Al分布。然后,Al與下面的Li反應,在LMA表面形成離子導電Al?Li合金,為穩定的Li沉積提供均勻的Li離子傳輸路徑。
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圖2. ALA-ODA層抑制Li枝晶的形成
此外,具有良好穩定性的非極性烷基鏈朝向電解液排列,防止長時間循環中多硫化物在表面上的吸附。
因此,帶有ALA-ODA保護層的LMA可防止與LiPS的副反應以及組裝的Li-S電池的自放電。在Li2S6存在下,對稱電池可以穩定循環500小時以上,具有硫碳納米管混合正極的組裝電池在850多次循環中具有0.051%的低每循環容量衰減,并且在8 mg cm?2的高硫負載下也表現出良好的循環穩定性,這表明這是一種直接而有希望的測略,可以穩定高活性的負極,以用于實際應用。
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圖3. ALA-ODA保護的LMA在Li?S電池中的穩定性
A Permselective Coating Protects Lithium Anode toward a Practical Lithium–Sulfur Battery. ACS Nano 2023. DOI: 10.1021/acsnano.2c10047

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