不均勻Li沉積、不穩(wěn)定的固體電解質界面相(SEI)以及循環(huán)過程中近乎無窮大的相對體積變化是Li金屬電池實際應用的三大障礙。
在此，上海科技大學陳剛團隊引入了一種可壓縮和彈性的還原氧化石墨烯海綿(rGO-S)，以同時抑制Li枝晶生長并適應體積變化。通過壓縮和膨脹rGO-S負極來限制體積變化，有效地釋放了循環(huán)過程中Li沉積引起的應力。
本文中采用rGO-S的半電池具有高且穩(wěn)定的庫侖效率，且Li@rGO-S對稱電池表現(xiàn)出卓越的循環(huán)穩(wěn)定性超過1200次，過電位低。當與LiFePO4 (LFP)配對時，Li@rGO-S||LFP全電池具有較高的比容量(150.3 mAh g-1, 1C)，優(yōu)異的倍率性能和良好的容量保持率。
圖1. 可壓縮彈性基底對Li枝晶的消除以及rGO和rGO-s薄膜的表征
總之，該工作構建了一種可壓縮的彈性rGO-S電極。rGO-S電極可以適應體積變化、釋放鋰沉積過程中產生的應力，并在鋰剝離后回彈。與Li@rGO負極相比，在Li@rGO-S負極上形成的SEI由更多的無機組分和更少的有機組分組成。因此，與Li@Cu和Li@rGO負極相比，rGO-S負極具有更高的CE(在1 mA h cm -2和1 mA cm -2下循環(huán)300次為98.4%)和更長的循環(huán)壽命。Li@rGO-S對稱電池表現(xiàn)出18和31 mV的低過電位，在1和3 mA cm?2時分別保持1000和800 h的穩(wěn)定循環(huán)。
當與LFP正極配對時，Li@rGOS||LFP全電池在1C時的比容量為150.3 mAh g -1，并在300次循環(huán)后保持90%的容量。此外，該電極還具有出色的倍率性能，在5C時具有100 mAh g-1的高容量。因此，該項研究為同時消除鋰枝晶生長、穩(wěn)定SEI和適應體積變化提供了一種有效的策略。
Compressible and Elastic Reduced Graphene Oxide Sponge for Stable and Dendrite-Free Lithium Metal Anodes, Nano Letters 2024 DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c03973
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