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北大黃富強教授ACS Nano: 受蛙卵啟發(fā)的用于穩(wěn)健鋰存儲的通用策略

過渡金屬氧化物（TMOs）較差的離子電導率是其作為鋰離子電池（LIBs）負極實際應用的巨大障礙。盡管通過構建納米結構可以獲得良好的性能，但也會出現(xiàn)一些其他基本問題，包括振實密度低和電解液消耗嚴重。

在此，北京大學黃富強教授等人受蛙卵的啟發(fā)，提出了一種通用策略，即使用鋰鹽將TMO納米顆粒組裝成大聚集體以提高其Li⁺電導率。以通過Li₃PO₄將氧化鐵納米顆粒（FO-NPs）組裝成聚集體（LPO）為例，該策略具有多種優(yōu)點：

（1）二級顆粒尺寸更大、孔容更小，有利于增加體積容量和保持穩(wěn)定性；

(2) LPO允許快速Li⁺運輸和促進內(nèi)部氧化鐵參與電化學過程；

(3)由于非接觸還原，在FO-NPs表面形成了一層電子導電的Fe₃O₄層，以促進電子遷移；

(4) 低比表面積和表面上LPO的存在降低了界面電位并最大限度地減少了與電解液的副反應；

(5) LPO具有較大的楊氏模量可以抑制體積變化，并作為防止氧化鐵團聚的物理屏障；

(6)電解液不需要滲入顆粒之間從而加快了潤濕過程，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。

圖1. LPO-FO的電化學性能和儲鋰性能

因此，蛙卵狀氧化鐵聚集體（LPO-FO）在5 A g^-1的電流密度下1000次循環(huán)后表現(xiàn)出高達896 mAh g^-1 (1191 mAh cm^-3，振實密度為1.33 g cm^-3 ) 的容量。即使在 8.64 mg cm^-2的高質量負載下，LPO-FO在1 A g^-1的電流密度下的比容量仍高達 544 mAh g^-1。

此外，以LiCoO₂作為正極的紐扣全電池在5 A g^-1下100次循環(huán)后比容量仍高達669 mAh g^-1，每個循環(huán)衰減約0.26%。當使用Li₂SO₄、Li₂CO₃、LiBO₂和LiCl等鋰鹽時，相應的復合材料也表現(xiàn)出相似的性能。這種策略對NiO、Co₃O₄和ZnO等TMO也有效，證明了這種受青蛙卵啟發(fā)的設計策略的普適性。

圖2. 受青蛙卵啟發(fā)的設計策略的普適性

Assembling Iron Oxide Nanoparticles into Aggregates by Li₃PO₄: A Universal Strategy Inspired by Frogspawn for Robust Li-Storage, ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.1c10235

原創(chuàng)文章，作者：v-suan，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2023/10/15/cd8c8b8478/

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