近日，我所二維材料與能源器件研究組(DNL21T3)吳忠帥研究員團隊發(fā)展了一種三維高導電、親鋰性的MXene/石墨烯多孔氣凝膠新材料，并將其應用于高鋰載量、高容量、無(wú)枝晶金屬鋰負極，獲得了高比能、長(cháng)壽命鋰金屬電池。
金屬鋰具有超高質(zhì)量理論比容量(3860 mAh g-1)和最低的氧化還原電壓(-3.04 V vs. SHE)，被認為是一種非常有應用前景的高比能鋰電池負極材料。但由于其存在不可控的鋰枝晶、死鋰，以及充放電過(guò)程鋰金屬體積膨脹等問(wèn)題，導致鋰金屬循環(huán)性能差，安全性能低，限制了鋰金屬負極在高比能鋰金屬電池中的實(shí)際應用。因此，如何在保持鋰金屬超高容量的同時(shí)，抑制鋰枝晶的生長(cháng)，實(shí)現均勻的鋰沉積，并延長(cháng)其循環(huán)壽命是目前鋰金屬電池應用研究的瓶頸之一。
該團隊開(kāi)發(fā)出一種三維MXene/石墨烯多孔氣凝膠材料，并將其用作鋰金屬的載體，成功構筑出柔性的、高鋰載量(3560 mAh g-1)的金屬鋰負極復合材料。該三維MXene/石墨烯氣凝膠材料具有高比表面積(259 m2 g-1)、優(yōu)異導電性、良好的親鋰性能，實(shí)現了高的庫倫效率(99%)，顯著(zhù)提高了金屬鋰負極的循環(huán)穩定性(2700 h)，遠高于目前文獻中報道值。重要的是，將該鋰金屬負極應用到鋰硫、鋰/鈦酸鋰全電池中，都表現出高的比容量、優(yōu)異的循環(huán)穩定性和倍率性能。這種三維高導電親鋰網(wǎng)絡(luò )結構的設計策略為構建高能量密度、長(cháng)循環(huán)壽命的鋰金屬電池提供了新的思路。
上述工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、中科院潔凈能源創(chuàng )新研究院等項目的資助。相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)會(huì )·納米》(ACS Nano)上。
