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生化学院教师叶佳佳在Journal of Colloid And Interface Science期刊发表文章

更新时间:2024-05-30 08:37

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锂金属电池具有比容量高(3860 mAh·g-1)、氧化还原电位低(与标准氢电极相比为-3.04 V)等优点,是一种前景广阔的下一代储能技术。然而,锂金属电池在长期循环过程中易因锂形核、沉积不均匀而形成锂枝晶,从而导致高电阻、极化加剧、体积剧烈波动、循环效率低、容量快速衰减、安全风险等等问题,严重限制了锂金属电池的进一步应用。二氧化硅(SiO2)作为一种亲锂材料,作为负极可实现锂离子的快速扩散并与锂反应,减缓锂枝晶的生长,但二氧化硅作为半导体的固有特性导致其在沉积/剥离过程中的导电性较差,限制了二氧化硅负极材料的进一步发展,因此,引入导电金属修饰的二氧化硅形成亲锂表面对于引导锂的均匀形核对二氧化硅负极材料的研发与应用至关重要。

鉴于此,生化学院教叶佳佳与北京化工大学宋继彬教授、中科院纳米研究所侠光博士后进行合作研究在《Journal of Colloid And Interface Science》期刊(中科院1区,IF=9.9发表了题为Difunctional Ag nanoparticles with high lithiophilic and conductive decorate on core-shell SiO2 nanospheres for dendrite-free lithium metal anodes”的文章。

该工作设计并通过一步油浴法制备了高度单分散、亲锂且结构稳定的双功能银纳米颗粒修饰核壳二氧化硅纳米微球(Ag@SiO2@Ag)复合物。银纳米颗粒不仅可以提供额外的亲锂位点,诱导锂的均匀形核与沉积,而且提供了优异的导电性能,促进充放电过程中电子与锂离子的传输。此外,二氧化硅成分增强了负极的亲锂性,控制锂离子的传输量并抑制锂枝晶的产生。对比锂金属电池常用的铜负极,Ag@SiO2@Ag的电化学性能更为卓越。在1.0 mA·cm-23.0 mA·cm-2电流密度条件下循环300次后Ag@SiO2@Ag负极的库伦效率可分别达到98.3%和97.3%,在与磷酸铁锂正极(LFP)和NCM811三元正极组装原电池后,全电池表现出优异的容量、循环性能与倍率性能。这项研究的成果为开发无枝晶和高性能锂金属电池提供了新的策略,有助于推动高能充电电池技术的发展。

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