南科大罗光富Nano Lett.：氯化石墨二炔薄膜减少可充电锂金属电池中锂枝晶的原子机制和长期稳定性

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南科大罗光富Nano Lett.：氯化石墨二炔薄膜减少可充电锂金属电池中锂枝晶的原子机制和长期稳定性

锂枝晶的形成仍然是可充电锂金属电池商业化的最大挑战之一，使用多孔薄膜来调节负极上的锂离子是应对该挑战的有效方法之一。
但仍然存在两个关键问题：（1）纳米多孔材料调节锂离子的原子机制是什么？(2) 如何进一步提高纳米多孔材料的长期稳定性？
南科大罗光富Nano Lett.：氯化石墨二炔薄膜减少可充电锂金属电池中锂枝晶的原子机制和长期稳定性
为回答上述问题，南方科技大学罗光富等人采用经典分子动力学模拟和第一性原理计算相结合的方法，以研究利用具有本征纳米孔的改性石墨二炔薄膜作为稳定的“纳米筛”来减少负极锂枝晶的可能性。
作者发现，通过类似于流体动力学中的水跃机制，石墨二炔薄膜即使在高度不均匀的电场下也可以增强锂离子的浓度均匀性，从而可以诱导锂金属的均匀成核。

南科大罗光富Nano Lett.：氯化石墨二炔薄膜减少可充电锂金属电池中锂枝晶的原子机制和长期稳定性

图1. 石墨二炔薄膜增强锂离子均匀性的原子机制
此外，作者进一步表明裸石墨二炔薄膜可以被锂金属逐渐金属化，但石墨二炔的氯化显著增加了其对金属化的抵抗力并且容易传导锂离子。
这些特性共同表明，氯化石墨二炔有可能用作稳定的膜，以减少可充电锂金属电池中的锂枝晶。这项工作将激发未来对多功能纳米多孔材料（如沸石）的研究，以减少锂金属和其他可充电电池中的枝晶。

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图2. 完全氯化的块状石墨二炔的电子特性
Atomistic Mechanism and Long-Term Stability of Using Chlorinated Graphdiyne Film to Reduce Lithium Dendrites in Rechargeable Lithium Metal Batteries, Nano Letters 2021. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02429

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