攔截鋰樹枝狀單層石墨烯電極可避免鋰電池短路

攔截鋰樹枝狀單層石墨烯電極可避免鋰電池短路

北京，7月15日，《科學技術日報》（記者張嘉興）7月15日獲悉，軍事科學院與北京大學聯合研究小組合成了一種完美的單層石墨烯電極，揭示了鋰原子電沉積行為，填補了鋰原子電沉積的空白。鋰金屬在碳原子晶格上的非均相成核的基礎研究空白，打破了鋰電池的產業化，鋰枝晶等難題提供了理論依據，相關論文最近在《儲能材料》雜志上在線發表。

鋰枝晶在液態鋰電池中生長，穿透隔膜，導致電池短路，研究小組成員、軍事科學院副研究員張浩介紹，近年來，利用多孔碳基材料構建金屬鋰陽極骨架，抑制鋰離子的形成。鋰的枝晶生長規律紊亂，影響有限，其原因之一是缺乏對碳晶格鋰電沉積和成核的基礎研究。

為了了解鋰金屬是如何沉積在碳晶格中的，有必要獲得一個純的、無背景的生長環境。為此，北京大學教授彭海林的研究小組結合形成了一個完美的碳原子基表面，利用化學氣相沉積法在銅箔上生長出單層石墨烯。本文第一作者、研究組成員吳倩倩介紹了單層石墨烯可以消除多孔碳對鋰沉積的所有耦合因素，從而對鋰在碳晶格上的非均勻成核行為有了清晰的認識。

在此基礎上，通過原位掃描電子顯微鏡（SEM）觀察等方法進行了一系列的理論探索。結果表明，鋰在理想碳表面具有較高的形核勢壘和較硬的形核能力，其形核性能優于傳統的金屬集電器（電池中的集電器）。因此，石墨烯被用來代替金屬作為捕收劑或抑制結晶。

研究小組還觀察到，碳晶格中的位錯和其他缺陷可以促進鋰枝晶交叉處的鋰核化和二次核化，這些結果將有助于理解鋰核化和鋰枝晶在碳原子晶格上生長的機理，進而產生更有效的三維結構。NAL碳骨架鋰負極設計策略，解決了鋰枝晶生長問題。

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