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抑制不均勻的樹枝狀鋰沉積對鋰金屬電池（LMBs）的安全和穩(wěn)定循環(huán)至關(guān)重要。均勻且無枝晶的沉積需要向鋰表面均勻且快速地傳輸Li⁺。然而，涉及電遷移和分子擴(kuò)散的靜態(tài)液體電解液的傳統(tǒng)離子傳輸會引發(fā)鋰表面上鋰濃度的更大差異，從而導(dǎo)致不規(guī)則的枝晶生長。

大邱慶北科學(xué)技術(shù)院Hochun Lee、Yong Min Lee、Hongkyung Lee等通過磁性納米自旋棒(NSB)分散的膠體電解質(zhì)抑制枝晶生長，提出了一種對流式的Li⁺傳輸。

圖1. 遠(yuǎn)程N(yùn)SB攪拌輔助對流Li⁺轉(zhuǎn)移的概念

為在電解質(zhì)中提供高效的Li⁺對流傳輸，NSB被合理地設(shè)計為具有超高的長寬比，其行為類似于一個螺旋槳，包括一個1微米長的20納米順磁性Fe₃O₄納米顆粒陣列和一個外部二氧化硅（SiO₂）涂層。然后，外部旋轉(zhuǎn)磁場可以驅(qū)動液體電解液中空間分布的同步NSB，導(dǎo)致質(zhì)量運輸?shù)募w運動。

圖2. NSB的合成、形態(tài)特征和特性

與宏觀混合相反，一組通過活性NSB膠體的集體動態(tài)流動在Li⁺擴(kuò)散中產(chǎn)生中尺度混合和渦流流體力學(xué)流動，促進(jìn)Li⁺通量向LMA表面的均勻性，從而抑制樹枝狀鋰沉積。通過改變旋轉(zhuǎn)方向和改變電流密度，采用各種電解質(zhì)溶液系統(tǒng)地驗證了NSB輔助離子轉(zhuǎn)移的功效。受益于NSB輔助的離子轉(zhuǎn)移，具有先進(jìn)鹽/溶劑成分的NSB分散的電解質(zhì)實現(xiàn)了LMB在600次以上的穩(wěn)定循環(huán)，容量保持率為70%，從而超過了無NSB的電池。

圖3. 基于NSB分散膠體電解質(zhì)的Li||Cu和Li||NMC622電池的循環(huán)性能

Dynamic Ionic Transport Actuated by Nanospinbar-Dispersed Colloidal Electrolytes Toward Dendrite-Free Electrodeposition. Advanced Functional Materials 2022. DOI：10.1002/adfm.202204052

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AFM：對流式鋰離子傳輸實現(xiàn)無枝晶鋰沉積！

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