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許運(yùn)華/胡繼敏/萬怡灶等Small：生物法制備超穩(wěn)定無枝晶鋰金屬負(fù)極的親鋰主體

鋰金屬被認(rèn)為是高能量密度鋰電池的有前景的負(fù)極，但眾所周知的鋰枝晶生長(zhǎng)導(dǎo)致的有限循環(huán)壽命和快速容量衰減嚴(yán)重阻礙了其應(yīng)用。

天津大學(xué)許運(yùn)華、南開大學(xué)胡繼敏、華東交通大學(xué)萬怡灶等通過原位生物法制備了一種堅(jiān)固且高度親鋰的細(xì)菌纖維素衍生的碳納米纖維@還原氧化石墨烯納米片（BC-CNF@rGO）復(fù)合支架，以作為無枝晶鋰金屬負(fù)極的主體。

圖1 BC-CNF@rGO的制備

rGO片被均勻編織進(jìn)連接良好的導(dǎo)電BC-CNF網(wǎng)絡(luò)，不僅可以縮短離子擴(kuò)散距離并確保快速電子傳輸，還可以避免rGO納米片的重堆疊。BC-CNFs和rGO納米片的糾纏結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)機(jī)械堅(jiān)固的框架。

此外，CNFs和rGO納米片的親鋰特性可以調(diào)節(jié)鋰的均勻沉積。因此，BC-CNFs和rGO納米片獨(dú)特的3D多孔結(jié)構(gòu)、良好的導(dǎo)電性和固有的親鋰特性保證了鋰的均勻成核和沉積、快速的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)和有效的體積變化適應(yīng)。

圖2 對(duì)稱電池性能

結(jié)果，BC-CNF@rGO復(fù)合支架賦予鋰金屬負(fù)極令人印象深刻的循環(huán)性能， Li||BC-CNF@rGO電池在2 mA cm^-2和1 mAh cm^-2下，循環(huán)800次的平均庫侖效率為98.3%，并在低過電位（≈15 mV）下穩(wěn)定循環(huán)5000小時(shí)。

此外，BC-CNF@rGO-Li||LiFePO₄全電池實(shí)現(xiàn)了前所未有的循環(huán)性能，其在1 C下循環(huán)3000次后容量保持為88 mAh g^-1，優(yōu)于之前報(bào)道的3D主體。這些結(jié)果為制備鋰金屬電池用碳載體提供了一條有希望的途徑。

圖3 全電池性能

Lithiophilic Carbon Nanofiber/Graphene Nanosheet Composite Scaffold Prepared by a Scalable and Controllable Biofabrication Method for Ultrastable Dendrite-Free Lithium-Metal Anodes. Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202104735

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