下一代高能量密度電池有望以鋰金屬作為負(fù)極，然而金屬鋰內(nèi)在問(wèn)題，尤其是枝晶生長(zhǎng)，一直是其實(shí)際應(yīng)用的障礙。

為了解決這一問(wèn)題，美國(guó)斯坦福大學(xué)的崔屹教授和鄭雪莉等研究人員專(zhuān)注于分子組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，旨在開(kāi)發(fā)無(wú)枝晶生長(zhǎng)的負(fù)極結(jié)構(gòu)。他們成功地利用氫取代石墨炔（HGDY）氣凝膠作為宿主材料，創(chuàng)造了一種備受期待的鋰金屬?gòu)?fù)合負(fù)極（Li@HGDY）。

HGDY氣凝膠具有優(yōu)良的親鋰性和分層孔隙，有助于促進(jìn)熔融鋰的注入，降低HGDY宿主內(nèi)局部電流密度，并且其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)為鋰離子輸運(yùn)提供了便捷通道。

通過(guò)有效調(diào)節(jié)HGDY結(jié)構(gòu)內(nèi)的電子和離子傳輸，實(shí)現(xiàn)了均勻的鋰沉積和剝離過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Li@HGDY對(duì)稱(chēng)電池表現(xiàn)出低過(guò)電位和出色的循環(huán)穩(wěn)定性。在0.4C條件下，Li@HGDY||磷酸鐵鋰（LFP）全電池連續(xù)循環(huán)170次后，保持了98.1%的容量保持率。這項(xiàng)研究為設(shè)計(jì)高容量和持久的鋰金屬負(fù)極提供了創(chuàng)新思路。

相關(guān)研究題為“Lithiophilic Hydrogen-Substituted Graphdiyne Aerogels with Ionically Conductive Channels for High-Performance Lithium Metal Batteries”，已在《Nano Letters》雜志上發(fā)表。

研究背景：

鋰金屬一直被認(rèn)為是推動(dòng)高能量密度電池發(fā)展的有前景的陽(yáng)極材料。然而，金屬鋰本身存在的固有問(wèn)題，尤其是樹(shù)枝狀晶體的生長(zhǎng)，一直以來(lái)都限制了其實(shí)際應(yīng)用。

研究目的：

本研究旨在通過(guò)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研發(fā)一種不會(huì)形成樹(shù)枝狀晶體的新型鋰金屬陽(yáng)極。

研究創(chuàng)新點(diǎn)：

研究團(tuán)隊(duì)采用氫取代的石墨烯氣凝膠（HGDY）作為主體材料，成功地制備了一種前景廣闊的鋰復(fù)合陽(yáng)極（Li@HGDY）。HGDY氣凝膠具有親鋰性和分層孔隙結(jié)構(gòu)，有助于推動(dòng)熔融態(tài)鋰的注入，并在三維HGDY主體內(nèi)降低局部電流密度。

研究方法：

所有用于合成氫取代石墨烯氣凝膠（HGDY）的試劑，如1,3,5-三乙炔基苯（TEB）、氯化銅（I）（CuCl）和吡啶，均從商業(yè)供應(yīng)商（Sigma-Aldrich）購(gòu)買(mǎi)，未經(jīng)過(guò)進(jìn)一步純化處理。

研究結(jié)論：

**HGDY的獨(dú)特分子結(jié)構(gòu)為鋰離子傳輸提供了良好的通道。**通過(guò)同時(shí)調(diào)節(jié)電子和離子在HGDY主體內(nèi)的傳輸，實(shí)現(xiàn)了鋰剝離/鍍層的均勻分布。在對(duì)稱(chēng)電池中，Li@HGDY表現(xiàn)出低的過(guò)電勢(shì)和穩(wěn)定的循環(huán)性能。經(jīng)過(guò)170次0.4 C速率下的充放電循環(huán)測(cè)試，Li@HGDY||磷酸鐵鋰全電池容量保持率達(dá)到98.1%。

應(yīng)用前景：

這項(xiàng)研究為設(shè)計(jì)高容量、長(zhǎng)壽命的鋰金屬陽(yáng)極打開(kāi)了新的研究思路，具有廣闊的應(yīng)用前景。

審核編輯：劉清