西安交大「国家级青年人才」,宋江选团队,新发Nature子刊!

西安交大「国家级青年人才」,宋江选团队,新发Nature子刊!
第一作者:Yanhua Zhang
通讯作者:宋江选
通讯单位:西安交通大学
西安交大「国家级青年人才」,宋江选团队,新发Nature子刊!
宋江选,男,西安交通大学教授,博士生导师,国家级青年人才;在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Nano Lett., ACS Nano, Adv. Mater.等权威期刊发表论文80余篇,其中影响因子>15论文20余篇,ESI高被引(1%)论文7篇,ESI热点(0.1%)论文3篇,累计共他引6000余次,参编学术专著3部;申请专利40余件,授权20余项,含2项PCT专利。
论文速览
本论文提出了一种创新的方法,通过稀土元素掺杂和复合层的协同调控,解决了锂金属电池中不稳定的固体电解质界面(SEI)和锂枝晶问题。具体而言,研究团队利用掺钇氟化物/聚甲基丙烯酸甲酯(YF3/PMMA)复合层,实现了锂金属的原位掺杂,改变了锂金属的表面能和晶体取向,从而显著提高了电池的稳定性和循环性能。
实验结果表明,该方法能显著减少锂与电解液之间的副反应,提高库仑效率,并在苛刻条件下展示了高能量密度和优异的容量保持率。
图文导读
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图1:有无YP层的铜箔上锂沉积行为的示意图。
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图2:通过原位XRD揭示了不同晶面的锂沉积过程中的晶体取向演变,以及掺杂Y后锂金属的表面能变化。
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图3:YP诱导的SEI层的结构,以及ToF-SIMS分析了SEI中LiF和有机成分的分布。
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图4:利用原子力显微镜(AFM)分析了SEI层的机械稳定性,并利用有限元方法(FEM)模拟了循环过程中的应力分布。
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图5:不同面容量下YP-Cu和裸Cu电极上锂沉积的形貌。
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图6:不同面容量和电流密度下Li|Cu不对称电池的库仑效率和电压曲线。
总结展望
本研究通过在锂金属负极上构建YF3/PMMA复合层,成功实现了对SEI层力学性能和锂金属晶体取向的协同调控,显著提升了锂金属电池的稳定性和循环性能。
这项工作不仅为高能量密度锂金属电池的实际应用提供了新的思路,也为未来锂金属电池的进一步研究和开发奠定了坚实的基础。
文献信息
标题:Synergetic regulation of SEI mechanics and crystallographic orientation for stable lithium metal pouch cells
期刊:Nature Communications
DOI:10.1038/s41467-024-48889-8

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