末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

余學(xué)斌&夏廣林Science子刊:打破常規(guī)，論LiH在鋰金屬電池中的積極作用

? 未全平臺發(fā)布, 頂刊 ? 閱讀 14
余學(xué)斌&夏廣林Science子刊:打破常規(guī)，論LiH在鋰金屬電池中的積極作用
第一作者：Hongyu Zhang
通訊作者：余學(xué)斌，夏廣林
通訊單位：復(fù)旦大學(xué)
DOI:10.1126/sciadv.abl8245

背景介紹

對電動(dòng)汽車和便攜式電子設(shè)備不斷增長的需求引起了人們對開發(fā)高能量密度鋰離子電池（LIBs）的極大興趣。長期以來，具有高能量密度的鋰金屬電池（LMBs）一直被認(rèn)為是有效的策略，鋰的不均勻沉積，導(dǎo)致鋰枝晶的生長不受控制，從而造成電池壽命縮短和存在安全風(fēng)險(xiǎn)。考慮到SEI在調(diào)節(jié)鋰金屬負(fù)極的鋰沉積和剝離行為中的重要作用，SEI成分的測定一直是開發(fā)穩(wěn)定的鋰金屬負(fù)極的研究重點(diǎn)。氫化鋰（LiH）被認(rèn)為是鋰金屬電池（LMBs）固體電解質(zhì)界面（SEI）的主要成分之一。

然而，一方面，LiH的連續(xù)形成無疑會(huì)導(dǎo)致容量的嚴(yán)重?fù)p失，并且能夠形成由LiH代替鋰金屬組成的枝晶，最終引起安全問題。此外，由于其較差的導(dǎo)電性和脆性，LiH的形成被認(rèn)為是導(dǎo)致鋰金屬負(fù)極在循環(huán)過程中發(fā)生粉化的主要原因。因此，人們普遍認(rèn)為LiH的形成對開發(fā)無枝晶鋰金屬負(fù)極具有負(fù)面作用，那事實(shí)到底是不是這樣呢？

研究要點(diǎn)

鑒于此，復(fù)旦大學(xué)余學(xué)斌教授和夏廣林研究員通過輥壓鋰金屬和負(fù)載MgH2納米顆粒的石墨烯（MgH2@G），構(gòu)建了一個(gè)由固溶體LiMg合金和負(fù)載LiH納米顆粒的石墨烯組成的三維（3D）鋰金屬負(fù)極（LiMg-LiH@G），確定了LiH在促進(jìn)鋰離子快速擴(kuò)散方面和抑制枝晶生長方面的積極和重要作用。

均勻分布在石墨烯上的MgH2納米顆粒和鋰金屬之間的良好反應(yīng)，促進(jìn)了在整個(gè)骨架中形成均勻分布的LiH和固溶體LiMg合金。基于可逆固溶體合金化反應(yīng)，具有高溶解度的親鋰LiMg合金首先可以作為均勻的成核位點(diǎn)，改善鋰的沉積/剝離過程。
理論和實(shí)驗(yàn)觀察證實(shí)，得益于LiH中H的電負(fù)性較差，LiH和LiMg合金界面的均勻構(gòu)建使得在界面處形成了大量的內(nèi)建電場，有效地促進(jìn)了Li+從高鋰離子電導(dǎo)率的LiH表面轉(zhuǎn)移到有利于鋰沉積的LiMg合金表面。因此，由負(fù)載有LiH的石墨烯與LiMg合金構(gòu)成的復(fù)合電極的Li+擴(kuò)散系數(shù)，是普通石墨烯與LiMg合金構(gòu)成的復(fù)合電極的10倍，促進(jìn)了Li+在整個(gè)電極上的快速傳輸。此外，由均勻分布的石墨烯構(gòu)建的導(dǎo)電3D框架不僅緩解了鋰沉積/剝離過程中的大體積變化，而且降低了局部電流密度，從而抑制了枝晶鋰的形成，提高了鋰金屬負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性。
結(jié)果顯示，由此制備的LiMg-LiH@G復(fù)合電極具有3252 mAh g-1的高比容量，高于大多數(shù)已報(bào)道的3D結(jié)構(gòu)鋰金屬負(fù)極，在高電流密度（3 mA cm-2）、固定容量（5 mAh cm-2）情況下，電池循環(huán)壽命超過1200小時(shí)。更令人印象深刻的是，將超薄LiMg-LiH@G箔（50 μm，~8.4 mAh cm-2）作為負(fù)極分別與商業(yè)化LiFePO4（LFP；12 mg cm-2）和LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（NCM523；10 mg cm-2）正極組裝，其全電池在1 C下表現(xiàn)出循環(huán)超過200次的優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性。
相關(guān)論文以“Identifying the positive role of lithium hydride in stabilizing Li metal anodes”為題發(fā)表在Science Advances。

圖文解析

余學(xué)斌&夏廣林Science子刊:打破常規(guī)，論LiH在鋰金屬電池中的積極作用

圖1 LiMg-LiH@G電極的制備策略和表征
為了深入理解LiH在增強(qiáng)LiMg-LiH@G復(fù)合電極穩(wěn)定性方面的作用，使用密度泛函理論（DFT）進(jìn)行了理論計(jì)算。值得注意的是，雖然親鋰LiMg合金促進(jìn)了均勻的Li成核并調(diào)節(jié)了Li沉積過程，但Li3Mg(001)/Li3Mg(001)界面處的擴(kuò)散勢壘達(dá)到0.49 eV（圖2A，B?），與Li3Mg合金表面Li+的高擴(kuò)散勢壘相對應(yīng)，這會(huì)阻礙Li+在電極內(nèi)部的擴(kuò)散和均勻沉積。
相比之下，在引入鋰離子擴(kuò)散勢壘比LiMg合金低得多的LiH后，LiH(001)/Li3Mg(001)界面處的擴(kuò)散勢壘明顯降低至0.38 eV（圖2C，D），表明將LiH均勻引入LiMg合金中可以有效地增強(qiáng)LiMg-LiH@G電極內(nèi)部的Li+擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)。電荷分析結(jié)果表明，由于LiH離子化合物中H的電負(fù)性差，LiH上的電荷很容易被釋放和轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致Li3Mg界面處電荷積累和界面處電荷耗盡區(qū)。該結(jié)果直接證實(shí)了從LiH到Li3Mg的電荷轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致建立了一個(gè)由Li3Mg到LiH的內(nèi)建電場，有利于Li+通過LiH表面轉(zhuǎn)移到 LiMg合金表面的快速擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)。
更加重要的是，LiH的引入能夠在不犧牲LiMg合金的親鋰性的情況下改善Li+在整個(gè)電極上的擴(kuò)散，從而提高鋰沉積和剝離的穩(wěn)定性。因此，Li+更傾向于在LiH/LiMg合金和LiMg/LiMg合金的界面上沉積。因此，LiH/LiMg界面在促進(jìn)Li+擴(kuò)散和促進(jìn)Li+向LiMg合金表面轉(zhuǎn)移，以利于Li沉積方面的協(xié)同作用將有效改善Li+在LiMg-LiH@G沉積過程中的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)。為了進(jìn)一步證實(shí)通過構(gòu)建LiH/LiMg合金的界面實(shí)現(xiàn)的Li+快速擴(kuò)散，基于GITT測試的MgH2@G的擴(kuò)散系數(shù)（1.49×10-8?cm2?s-1）遠(yuǎn)高于Mg@G?(2.05×10-9?cm2?s-1?)。因此，在LiMg-LiH@G中形成的LiH-石墨烯骨架不僅可以降低局部電流密度并適應(yīng)循環(huán)過程中的體積變化，還可以在整個(gè)電極上提供離子/電子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，協(xié)同提高循環(huán)可逆性。
余學(xué)斌&夏廣林Science子刊:打破常規(guī)，論LiH在鋰金屬電池中的積極作用
圖2 半電池和對稱電池的電化學(xué)性能，以及相應(yīng)的DFT計(jì)算
余學(xué)斌&夏廣林Science子刊:打破常規(guī)，論LiH在鋰金屬電池中的積極作用
圖3 循環(huán)后LiMg-LiH@G的形貌表征和XPS價(jià)態(tài)分析
余學(xué)斌&夏廣林Science子刊:打破常規(guī)，論LiH在鋰金屬電池中的積極作用
圖4 全電池的電化學(xué)性能和循環(huán)后負(fù)極極的SEM表征

全文總結(jié)

總之，本文通過構(gòu)建獨(dú)特的3D結(jié)構(gòu)鋰金屬負(fù)極，系統(tǒng)地研究了LiH在穩(wěn)定 LiMg合金負(fù)極循環(huán)過程中的作用。由于LiH離子化合物中H的電負(fù)性差，具有高Li+電導(dǎo)率的 LiH與LiMg合金之間的界面形成大量穩(wěn)定的內(nèi)建電場，有效地促進(jìn)了Li+從LiH表面擴(kuò)散到LiMg合金的表面，有利于鋰在LiMg合金中沉積。因此，由此獲得的合金負(fù)極時(shí)普通不含LiH納米顆粒合金負(fù)極的10倍。本研究通過利用LiH在穩(wěn)定鋰沉積和剝離過程中的獨(dú)特作用，為開發(fā)具有高能量密度的無枝晶鋰金屬負(fù)極提供了一種有前景的策略。

文獻(xiàn)信息

Hongyu Zhang, Shunlong Ju, Guanglin Xia*, Xuebin Yu*，Identifying the positive role of lithium hydride in stabilizing Li metal anodes，2022，

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl8245

原創(chuàng)文章，作者：v-suan，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/10/15/e7c6a7a9a0/

贊 (0)

相關(guān)推薦

主站蜘蛛池模板： 和田县| 抚顺县| 尚义县| 元阳县| 中卫市| 闻喜县| 上蔡县| 汤原县| 梅州市| 贺州市| 麦盖提县| 略阳县| 苏州市| 陆河县| 蒙山县| 江城| 酉阳| 同德县| 洛川县| 哈巴河县| 泽州县| 凌海市| 凤山市| 尉犁县| 喀什市| 长葛市| 桦川县| 吴堡县| 桃江县| 十堰市| 舒兰市| 皋兰县| 兴安县| 靖江市| 特克斯县| 和平县| 菏泽市| 仪征市| 苏尼特右旗| 时尚| 江川县|