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具有令人滿意的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和性能可調(diào)性的自支撐碳基基板在柔性鋰金屬電池（FLMB）中具有廣闊的應(yīng)用前景。目前碳材料的改性策略通常是在粉末碳上進(jìn)行，很少有適合自支撐碳基板的。

東北師范大學(xué)孫海珠等開發(fā)了一種基于金屬氧化物納米點(diǎn)的氧化還原化學(xué)的成孔策略，以制備兩種用于負(fù)極和正極的多孔碳基底。

圖1 材料表征

由碳化棉布生成中空碳纖維，并通過還原NiO納米點(diǎn)形成孔隙，為負(fù)極提供最終的PCtC@rGO@Ni基底，由于優(yōu)異的親鋰性和導(dǎo)電性，Ni被作為修飾碳纖維的目標(biāo)金屬。PCtC@rGO@Ni獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)可有效降低Li⁺通量、Li⁺濃度和電場(chǎng)的不均勻分布，從而避免鋰枝晶的形成。

實(shí)驗(yàn)和密度泛函理論(DFT)計(jì)算都表明，在PCtC@rGO@Ni基板上實(shí)現(xiàn)了均勻的鋰金屬沉積，并且沒有鋰枝晶存在，尤其是在高電流密度下。

圖2 半電池性能

因此，組裝的鋰對(duì)稱電池在1 mA cm^-2和5 mAh cm^-2下穩(wěn)定循環(huán)了8300小時(shí)，并具有9 mV的超低電壓滯后。類似地，該策略可應(yīng)用于商業(yè)碳布以增加孔隙率并提高用作正極的V₂O₅納米線的生長活性。

結(jié)果，基于多孔碳基板組裝而成的尺寸為3 × 3 cm²的FLMB軟包電池，初始放電容量為 8.2 mAh，當(dāng)電池發(fā)生劇烈變形時(shí)，在47次循環(huán)后仍可保持100%的高容量保持率，表現(xiàn)出優(yōu)異的柔韌性。這項(xiàng)工作所展示的策略在制備用于柔性儲(chǔ)能裝置的自支撐多孔碳基材料方面具有深遠(yuǎn)的潛力。

圖3 柔性鋰金屬電池性能

A Pore‐Forming Strategy Towards Porous Carbon‐Based Substrates for High Performance Flexible Lithium Metal Full Batteries. Energy & Environmental Materials 2022. DOI: 10.1002/eem2.12368

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東北師大孫海珠EEM：用于高性能柔性鋰金屬全電池的多孔碳基板

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