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        生物質(zhì)納米材料讓金屬鋰電池更安全


        來源:中國科學報

        [導讀]  近日,清華大學教授張強、北京林業(yè)大學教授袁同琦、北京理工大學研究員黃佳琦聯(lián)合倫敦帝國理工學院教授瑪麗亞·瑪格達萊娜·蒂蒂里奇,在Materials Today Nano上發(fā)表綜述文章,在加深對鋰負極化學理解的基礎(chǔ)上,介紹了基于生物質(zhì)納米材料的鋰金屬負極保護策略的最新研究成果,并對未來的發(fā)展方向進行了展望。

        中國粉體網(wǎng)訊  金屬鋰因其具有超高的理論比容量和最低的電極電勢,被認為是構(gòu)建高比能電池電極的“圣杯”材料。與現(xiàn)有商業(yè)化的鋰離子電池相比,基于金屬鋰為負極的鋰金屬電池(LMBs)極大提高了電池的理論能量密度,展現(xiàn)出滿足新興行業(yè)對于高能量密度需求的巨大潛力。

         

        近日,清華大學教授張強、北京林業(yè)大學教授袁同琦、北京理工大學研究員黃佳琦聯(lián)合倫敦帝國理工學院教授瑪麗亞·瑪格達萊娜·蒂蒂里奇,在Materials Today Nano上發(fā)表綜述文章,在加深對鋰負極化學理解的基礎(chǔ)上,介紹了基于生物質(zhì)納米材料的鋰金屬負極保護策略的最新研究成果,并對未來的發(fā)展方向進行了展望。

         

        研究人員表示,金屬鋰負極存在的鋰枝晶生長不可控、界面SEI膜不穩(wěn)定等問題限制了鋰金屬電池的商業(yè)化進程。天然生物材料具有低成本、環(huán)境友好、結(jié)構(gòu)豐富等優(yōu)勢,且其衍生的納米材料能很好地繼承天然材料的優(yōu)異特性,在穩(wěn)定界面SEI及調(diào)控負極鋰枝晶生長方面具有很大的應(yīng)用潛力。

         

        文章指出,人工保護層天然生物質(zhì)高聚物膜具有較高的機械強度以及豐富的官能團等物理化學特性,在構(gòu)筑人工保護層方面具有優(yōu)勢。一方面可以通過天然聚合物高機械模量來抑制枝晶的生長;另一方面,也可以利用聚合物骨架中豐富的極性官能團來調(diào)控鋰離子的均勻沉積。

         

        隔膜生物大分子則具有豐富的孔結(jié)構(gòu)和表面極性官能團,被廣泛用來對傳統(tǒng)隔膜修飾改性或設(shè)計生物質(zhì)基新型隔膜,以提高隔膜的潤濕性和離子通量,實現(xiàn)鋰離子的高效電化學沉積。

         

        而聚合物電解質(zhì)天然生物聚合物具有豐富的化學基團、較高的機械彈性和化學穩(wěn)定性,可以通過物理化學交聯(lián)或作為聚合物電解質(zhì)載體,以提高聚合物電解質(zhì)的機械性能和離子電導率,從而獲得高效穩(wěn)定的鋰負極界面。

         

        功能骨架天然生物材料衍生的納米碳材料則具有豐富多孔結(jié)構(gòu)、高導電性能和結(jié)構(gòu)多樣化等優(yōu)勢,在構(gòu)建功能性骨架或鋰金屬負極宿主等方面具有重要的應(yīng)用前景。

         

        該綜述在可持續(xù)的天然生物質(zhì)材料和鋰金屬負極保護之間搭建了一座橋梁,推進生物質(zhì)納米材料在高能量密度LMBs和其他先進儲能系統(tǒng)中的應(yīng)用。

         

        據(jù)了解,張強團隊在能源材料化學領(lǐng)域,尤其是金屬鋰負極、鋰硫電池和電催化方向,已經(jīng)開展了眾多引領(lǐng)性的研究工作。在金屬鋰負極領(lǐng)域,該團隊利用原位方法研究固液界面膜,并通過納米骨架、人工SEI、表面固態(tài)電解質(zhì)保護膜等手段調(diào)控金屬鋰的沉積行為,抑制鋰枝晶的生長,實現(xiàn)金屬鋰的高效安全利用。相關(guān)研究工作已發(fā)表于《德國應(yīng)用化學》《美國化學會志》《先進功能材料》《美國科學院院報》等多個期刊。

         

        (中國粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉)

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