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與標準鋰離子電池相比，鋰金屬電池作為一種實現更高能量密度的手段正在被深入研究。然而，在剝離/沉積循環期間，在負極處形成樹枝狀和苔蘚狀鋰金屬微結構會導致電解液分解和死鋰金屬顆粒的形成。

荷蘭代爾夫特理工大學Marnix Wagemaker等采用涂有高介電BaTiO₃多孔支架的Cu集流體來抑制在鋰金屬剝離/沉積過程中導致形態不均勻的電場梯度。

圖1 全電池的原位固態核磁表征

簡化的靜電場計算表明，高介電材料的存在會降低離介電體微米遠的鋰金屬沉積物尖端的電場梯度，這表明鋰金屬枝晶和苔蘚微結構的生長可以通過由高介電性多孔支架組成的負極來抑制。

這里通過使用高介電支架材料BaTiO₃(BTO)和低介電支架材料Al₂O₃(AO)的簡單鑄造方法制備3D多孔支架，以區分多孔支架和高介電常數對電化學鋰金屬沉積的影響。采用BTO涂層的Cu||LiCoO₂電池的原位固態核磁共振表明，高介電支架可誘導致密沉積和有效剝離，剝離后幾乎不會留下死鋰。

圖2 BTO|Li半電池的性能

結果，BTO支架|鋰金屬半電池循環的表現出99.82%的平均CE、低過電位和更長的循環壽命。全電池也表現出更高的性能，平均庫侖效率為99.37%。這些結果表明，高介電支架提供了一種有趣的策略，可以提高無負極配置中鋰金屬電極的可逆性和安全性。

作者認為，下一步要探索的途徑是結合更穩定的SEI形成電解液和添加劑以及優化高介電支架，以最大限度地減少首次循環期間的容量損失，并進一步延長循環壽命。

圖3 BTO||NCM電池的性能

High dielectric barium titanate porous scaffold for efficient Li metal cycling in anode-free cells. Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-26859-8

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Nat. Commun.：高介電性支架使無負極鋰金屬電池穩定

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