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由于高理論比容量和最低電位，鋰金屬負極（LMA）是高能量密度電池最有前途的候選材料。然而，LMAs的實際應用受到短壽命和不令人滿意的鋰利用率（<50%）的阻礙。

在此，清華大學楊穎副教授等人提出了由生長在碳納米纖維（CNF）上的氧化物-氧化物異質結組成的納米室結構，以提高鋰利用率并延長LMA在高倍率和高容量下的壽命。設計的MnO₂-ZnO異質結（表示為MnZnO）具有緊密結合的界面以實現電子的快速轉移，同時為鋰離子的強吸收提供高結合能。

此外，具有多個親鋰位點的納米室的超薄壁作為約束邊界和應力緩沖空間來限制鋰的負載，這使得亞微米級內的鋰沉積層均勻，而不是在循環過程中堵塞原始的多孔結構。

圖1. MnZnO/CNF對Li沉積的引導作用

因此，親鋰開孔表面上的活性位點在每個循環中都有效暴露并具有高度可更新性，將整個框架中的快速電子/離子轉移路徑連接起來，以在重復循環過程中實現高度可逆的鋰電鍍/剝離。

即使在50 mA cm^-2的創紀錄高電流密度和10 mAh cm^-2的高可逆面積容量下，所提出的Li@MnZnO/CNF電極仍能工作穩定且對應于70% 的鋰利用率，這是該領域的最高記錄之一。

當組裝成全電池或鋰離子電容器（LIC）時，作為負極的Li@MnZnO/CNF在高達5 C和 5 A g^-1的高倍率下也具有優異的循環穩定性和高容量保持率。

圖2. 基于Li@MnZnO/CNF和鋰箔的全電池和LIC的電化學性能

Deeply Cyclable and Ultrahigh-Rate Lithium Metal Anodes Enabled by Coaxial Nanochamber Heterojunction on Carbon Nanofibers, Advanced Science 2021. DOI: 10.1002/advs.202101940

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清華楊穎Adv. Sci.：鋰利用率達70%的深度循環和超高速率鋰金屬負極

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