具有高能量密度的无阳极锂金属电池(AFLB)被视为未来可行的储能技术。然而,阳极集流体上不规则的锂沉积和不稳定的固体电解质界面(SEI)降低了它们的循环性能。
图1 改善集流体IHP结构的阴离子-π相互作用设计概念
山东大学李国兴等提出了一种阴离子识别电极的概念,通过阴离子-π相互作用来调节高性能AFLB的内亥姆霍兹平面(IHP)和电解液溶剂化化学。具体而言,通过设计具有高永久四极矩(Qzz)的缺电子芳香-π系统的电极,可以产生阴离子-π相互作用,将阴离子集中在电极表面,并调整IHP结构,以构建稳定的阴离子衍生SEI层,从而实现高度可逆的锂沉积/剥离过程。研究者通过设计具有不同Qzz值的各种集流体,证明了电极表面电荷、IHP的竞争吸附和SEI结构之间的密切相关性。
图2 阴离子-π相互作用调控的锂离子溶剂化化学
特别是,具有高Qzz值(+35.1)的改性碳布集流体在碳酸酯电解液中的230次循环中提供了99.1%的高平均锂剥离/沉积库仑效率,并使LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2基AFLB在商业级的面积容量(4.1 mA h cm-2)下实现较长的寿命和较高的容量保持率。该工作的概念为合理调节电极的界面化学开辟了一条新途径,并为其他先进的电池系统显示出巨大的前景。
图3 各种集流体的电化学性能
Modulating the Inner Helmholtz Plane towards Stable Solid Electrolyte Interphase by Anion-π Interactions for High-Performance Anode-Free Lithium Metal Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2024. DOI: 10.1002/anie.202412955
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