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单层石墨烯——锂枝晶的拦路虎
2018-07-17
来源：转载自第三方
近日，北京大学、北京石墨烯研究院等单位联合在Energy storage materials上发表了题为“Heterogeneous nucleation and growth of electrodeposited lithium metal on the basal plane of single-layer graphene”[1]的文章，合成了一种完美的单层石墨烯电极，并揭示锂原子以其为基底进行电沉积的行为。
锂金属负极以极高的理论容量和最负的电势受到研究人员的极大关注，但是，在锂离子反复沉积和析出过程中，金属锂负极表面容易生长出锂枝晶，不仅大大降低了电池的利用率，同时“锂枝晶”会不断生长，刺穿隔膜，造成电池短路。近年的研究多以多孔碳基材料构筑金属锂负极骨架的方法抑制锂枝晶生长，但是对金属锂在碳晶格上电沉积成核的基础研究仍然空白。
石墨烯是碳原子以六边形蜂巢状排列构成的单层二维晶体，被誉为改变21世纪的“神奇材料”，具有高导电性、高强韧度等特点，不仅在航空航天、太阳能利用、纳米、电子学、生物医疗、复合型材料等领域有广泛运用，而且在我们服饰、日用品等也独具商业应用潜能，未来发展前景十分广阔。其具有以下特点：
? 世界上最薄最坚硬的纳米材料；
? 几乎完全透明(吸收2.3%的光)；
? 导热系数高达5,300W/m·K；
? 电子迁移率15,000cm2/V·s；
? 电阻率最小(10-6Ω·cm)
在本项研究中，研究人员首次揭示了Li金属在碳表面成核和生长的基本行为。他们利用化学气相沉积法在Cu箔上生长出了具有接近完美结构的单层石墨烯，作为理想的Li电镀基板，其对于Li成核具有更高的成核位垒，更难成核，因此可以用石墨烯取代金属作为集流体或对结晶产生抑制效果。同时，碳基面上更可能形成孤立且较厚的枝晶层。
该研究揭示了金属锂在碳原子晶格上成核、枝晶生长等相关机制，填补了金属锂在碳原子晶格上异相成核的基础研究空白，为解决锂枝晶生长问题，设计更为有效的三维碳骨架的金属锂负极提供了理论基础，我们希望高能量密度的金属锂电池能够早日走向大规模商业化。
参考文献
[1] Qianqian Meng, BingDeng, HuiminZhang, et al. Heterogeneous nucleation and growth of electrodeposited lithium metal on the basal plane of single-layer graphene. Energy Storage Materials, 2019, 16, 419-425.
本文由苏州亚科科技股份有限公司编辑
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