伊利诺大学参与研发3DGOn涂层欲借此抑制锂晶枝生成

盖世汽车讯 据外媒报道,尽管锂金属电池拥有大容量、低氧化还原电势(low redox potential)等理论上的优势,但在实际应用中,锂金属阳极容易出现锂晶枝增生(Dendritic growth of lithium)的情况。

伊利诺大学芝加哥分校(University of Illinois at Chicago)的研究人员与美国德州农工大学(Texas A&M University)的同事们采用3D石墨烯氧化物纳米保形涂层(3D conformal graphene oxide nanosheet coating,GOn),并将其置入玻璃纤维隔板(glass fiber separator)的织物结构内,使锂离子能够在该结构内灵活移动,同时抑制锂晶枝的形成。

其研究成果发布在期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)中,宣称锂金属电池阳极的使用寿命及稳定性得到了“显著提升(remarkably enhanced)”。从头算分子动力学(Ab initio molecular dynamics,AIMD)模拟结果表明,锂离子最初将被亲锂(lithiophilic GOn)吸收,然后通过缺损空位(缺位,defect sites)扩散,从而延迟锂(离子)迁移(Li transfer),旨在消除“末端效应(tip effect)”,防止生成均匀锂成核(homogeneous Li nucleation)。

同时,在AIMD模拟期间,碳碳键(C—C bonds)的破裂将创建更多的途径,加快锂离子传输的速度。此外,相场建模(phase-field modeling)证明,若GOn机械刚性涂层的缺陷尺寸(defect size)处于合适值时——小于25纳米,可阻止锂的各向异性生长(anisotropic growth)。该研究团队表示,相较于采用2D材料来抑制锂晶枝,其研究无疑迈进了一大步。

该项研究获得了美国国家科学基金会(National Science Foundation)授权的DMR-1620901及美国能源部授权的DE-EE0007766资金补助。(本文图片选自greencarcongress.com)

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