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具有高面積容量的厚電極是最大化電池能量密度的直接方法，但厚電極的發(fā)展同時面臨制造挑戰(zhàn)和電子/離子傳輸限制。

美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校余桂華、石溪大學(xué)Esther S. Takeuchi等人通過簡便、可擴展的模板化相轉(zhuǎn)化方法，構(gòu)建了具有超高活性材料負(fù)載量和高效傳輸網(wǎng)絡(luò)的低曲折度LiFePO₄(LFP)電極。

相轉(zhuǎn)化是一種用于可規(guī)模化生產(chǎn)具有分級孔結(jié)構(gòu)膜的流行方法。所制備的膜通常由三層組成，即漿液和非溶劑界面處的表層，具有指狀大孔的中間層，以及漿液和模具界面處的海綿層。當(dāng)用作電極時，相對致密的表層會干擾電解液滲透和物質(zhì)傳輸，導(dǎo)致倍率容量有限，尤其是在厚電極中。

圖1 三層LFP電極的形貌和物理性質(zhì)

通過在相轉(zhuǎn)化之前應(yīng)用網(wǎng)格并在之后去除它，可以剝離表層，并打開垂直排列的微通道，從而形成幾乎穿過電極的開放、均勻的微通道。微通道分級結(jié)構(gòu)不僅大大促進了浸漬電解液中Li⁺的傳輸，而且還通過碳化聚合物包裹提供了連續(xù)的電子傳輸網(wǎng)絡(luò)。此外，由于聚合物在相轉(zhuǎn)化過程中的即時固化，實現(xiàn)了強電極粘附，這支持具有機械堅固性的超厚電極的制備。

受益于結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，超厚雙層LiFePO₄電極（高達 1.2 mm）在高面積負(fù)載（高達 100 mg cm^-2）下顯示出倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性的顯著改善。

此外，模擬和原位結(jié)構(gòu)表征也揭示了快速傳輸動力學(xué)。結(jié)合可擴展的制備，作者提出的策略為以低成本設(shè)計實用的高能量/功率密度電極提供了一種有效的替代方案。

圖2 雙層和三層LFP電極的電化學(xué)性能

Ultrahigh-Capacity and Scalable Architected Battery Electrodes via Tortuosity Modulation. ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c06491

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余桂華等人ACS Nano：1.2 mm超厚電極的規(guī)模化制備

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