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固態電解質對于將具有安全、高能量密度的鋰（Li）金屬負極用于下一代儲能技術具有重要意義。然而，長期循環過程中局部電流密度不均勻，導致鋰負極不穩定和從電解質中脫落，極大地阻礙了鋰離子電池的實際應用。

在此，美國馬里蘭大學胡良兵、Eric D. Wachsman等人報告了一種通過在石榴石型固態電解質上沉積無定形碳納米涂層來維持穩定的鋰金屬/電解質界面的新方法。

在經過無定形碳涂層沉積后，金屬Li與石榴石電解質具有良好的潤濕性，且其鍍Li過程中的成核過電位得到了顯著降低。此外，碳納米涂層提供電子和離子傳導能力，這有助于使鋰金屬剝離和電鍍過程均勻化。

圖1. 滲入多孔石榴石電解質中的鋰金屬的形態比較

涂層后，作者發現鋰金屬/石榴石界面在 3 mA cm^-2的電流密度下顯示出超過500小時的穩定循環性能，證明該界面具有出色的電化學機械穩定性。

Li-S電池測試也證實，石榴石框架中的這種無定形碳涂層正在改善鋰沉積和全電池穩定性。這項工作表明無定形碳涂層可能是實現穩定的鋰金屬/電解質界面和可靠的鋰金屬電池的有前途的策略。

圖2. 有無碳涂層固態電解質的電化學性能對比

Amorphous-Carbon-Coated 3D Solid Electrolyte for an Electro-Chemomechanically Stable Lithium Metal Anode in Solid-State Batteries, Nano Letters. 2021. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c01748

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.1c01748

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胡良兵等Nano Lett.: 穩定鋰金屬負極的無定形碳涂層3D固體電解質

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