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?陳忠偉院士AM：柔性準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)助力鋰金屬電池3000次穩(wěn)定循環(huán)！

為柔性鋰金屬電池構(gòu)建穩(wěn)健的（準(zhǔn)）固態(tài)電解質(zhì)是可取的，但卻極具挑戰(zhàn)性。

加拿大滑鐵盧大學(xué)陳忠偉院士等報(bào)告了一種用于超長壽命鋰金屬電池（LMB）的具有“樹干”設(shè)計(jì)的新型柔性且堅(jiān)固的準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)（QSSE）。

圖1 動(dòng)機(jī)和設(shè)計(jì)

受樹干多層結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，這項(xiàng)工作首次為LMBs構(gòu)建了一種柔性而堅(jiān)固的具有分層離子通道的有機(jī)QSSE（Li-MOF/Cellulose，Li-MC，其中MOF成分表示為HKUST-1，Cu₃BTC₂，Cu₃(C₉H₃O₆)₂）。原位生長的MOF層覆蓋在纖維素基框架上，形成分層的離子通道，實(shí)現(xiàn)了快速的離子傳輸動(dòng)力學(xué)和良好的耐久性。

因此，Li-MC離子導(dǎo)體的特點(diǎn)是離子電導(dǎo)率為1.36 × 10^-3 S cm^-1，轉(zhuǎn)移數(shù)為0.72，電化學(xué)穩(wěn)定性窗口為5.26 V。同時(shí)，同步輻射X射線斷層掃描技術(shù)的直接觀察證實(shí)，電極/電解質(zhì)界面區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了無枝晶的鋰金屬沉積。

圖2 Li-MC和Li-Cel的電化學(xué)性能

由于這些優(yōu)勢，所獲得的LMBs表現(xiàn)出顯著的電化學(xué)性能，即當(dāng)與LFP正極配對(duì)時(shí)，在電流密度為0.78 mAh cm-2（1C）下實(shí)現(xiàn)了接近100%的高庫侖效率（CE）和3000次充電/放電循環(huán)（6000小時(shí)）的超長期穩(wěn)定性。

至于高負(fù)載NCM811正極（14.8 mg cm^-2），在2.47 mAh cm^-2的高面容量下經(jīng)過300次循環(huán)后也獲得了80%的容量保持?？傊@項(xiàng)工作為實(shí)現(xiàn)高能量密度和長期穩(wěn)定性的LMB的實(shí)際應(yīng)用提供了一條新的途徑，并為其他相關(guān)領(lǐng)域的離子導(dǎo)體的發(fā)展提供了啟示。

圖3 全電池性能

“Tree Trunk” Design for Flexible Quasi Solid-State Electrolyte with Hierarchical Ion-Channels Enabling Ultralong-Life Lithium Metal Batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202203417

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