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鋰金屬負極以其高比容量和最低的氧化還原電位引起了學術界和工業界的關注。然而，鋰枝晶的不可控生長和低庫侖效率(CE)將其排除在現實世界的應用之外，尤其是在快速充電領域。

北京理工大學陳人杰、李麗等人通過簡單的一鍋水熱反應開發了一種用于快速充電鋰金屬電池的石墨烯/碳納米管（GCNT）復合主體。

圖1. GCNT的制備過程和鋰金屬沉積行為的示意圖

將CNT引入3D復合材料不僅可以增加雜化物的導電性和表面積，還可以有效地防止石墨烯層在水熱處理過程中堆積。

結果，石墨烯和碳納米管兩種組分相互限制，可以獲得具有高比表面積和高孔隙率的微/納米結構復合材料。這種多孔氣凝膠可以顯著降低局部電流密度，從而實現球形和均勻的鋰沉積。

圖2. 半電池性能

因此，GCNT氣凝膠電極可以在1 mA cm^-2的電流密度和1 mAh cm^-2的容量下保持97.7%的高CE循環430次，對稱電池也可以維持高達8 mA cm^-2的高電流密度。與LiFePO₄正極配對的復合負極顯示出18 C的超高倍率性能，以及在4 C 下570次循環后97.6% 的超高容量保持率和99.1%的平均CE。

當與NCM811正極配對時，復合負極還可以表現出10 C的高倍率性能，并在隨后2 C下的470次循環中實現了83.2%的高容量保持率和99.8%的平均 CE。

圖3. 全電池性能

From Flower-Like to Spherical Deposition: A GCNT Aerogel Scaffold for Fast-Charging Lithium Metal Batteries. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.20210245

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北理陳人杰/李麗AEM：石墨烯/碳納米管氣凝膠主體實現快充鋰金屬電池

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