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鋰枝晶的形成仍然是可充電鋰金屬電池商業(yè)化的最大挑戰(zhàn)之一，使用多孔薄膜來調(diào)節(jié)負(fù)極上的鋰離子是應(yīng)對(duì)該挑戰(zhàn)的有效方法之一。

但仍然存在兩個(gè)關(guān)鍵問題：（1）納米多孔材料調(diào)節(jié)鋰離子的原子機(jī)制是什么？(2) 如何進(jìn)一步提高納米多孔材料的長(zhǎng)期穩(wěn)定性？

南科大羅光富Nano Lett.：氯化石墨二炔薄膜減少可充電鋰金屬電池中鋰枝晶的原子機(jī)制和長(zhǎng)期穩(wěn)定性

為回答上述問題，南方科技大學(xué)羅光富等人采用經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)模擬和第一性原理計(jì)算相結(jié)合的方法，以研究利用具有本征納米孔的改性石墨二炔薄膜作為穩(wěn)定的“納米篩”來減少負(fù)極鋰枝晶的可能性。

作者發(fā)現(xiàn)，通過類似于流體動(dòng)力學(xué)中的水躍機(jī)制，石墨二炔薄膜即使在高度不均勻的電場(chǎng)下也可以增強(qiáng)鋰離子的濃度均勻性，從而可以誘導(dǎo)鋰金屬的均勻成核。

圖1. 石墨二炔薄膜增強(qiáng)鋰離子均勻性的原子機(jī)制

此外，作者進(jìn)一步表明裸石墨二炔薄膜可以被鋰金屬逐漸金屬化，但石墨二炔的氯化顯著增加了其對(duì)金屬化的抵抗力并且容易傳導(dǎo)鋰離子。

這些特性共同表明，氯化石墨二炔有可能用作穩(wěn)定的膜，以減少可充電鋰金屬電池中的鋰枝晶。這項(xiàng)工作將激發(fā)未來對(duì)多功能納米多孔材料（如沸石）的研究，以減少鋰金屬和其他可充電電池中的枝晶。

圖2. 完全氯化的塊狀石墨二炔的電子特性

Atomistic Mechanism and Long-Term Stability of Using Chlorinated Graphdiyne Film to Reduce Lithium Dendrites in Rechargeable Lithium Metal Batteries, Nano Letters 2021. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02429

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