Nat. Commun.：高介电性支架使无负极锂金属电池稳定

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Nat. Commun.：高介电性支架使无负极锂金属电池稳定
与标准锂离子电池相比，锂金属电池作为一种实现更高能量密度的手段正在被深入研究。然而，在剥离/沉积循环期间，在负极处形成树枝状和苔藓状锂金属微结构会导致电解液分解和死锂金属颗粒的形成。
荷兰代尔夫特理工大学Marnix Wagemaker等采用涂有高介电BaTiO3多孔支架的Cu集流体来抑制在锂金属剥离/沉积过程中导致形态不均匀的电场梯度。
Nat. Commun.：高介电性支架使无负极锂金属电池稳定
图1 全电池的原位固态核磁表征
简化的静电场计算表明，高介电材料的存在会降低离介电体微米远的锂金属沉积物尖端的电场梯度，这表明锂金属枝晶和苔藓微结构的生长可以通过由高介电性多孔支架组成的负极来抑制。
这里通过使用高介电支架材料BaTiO3(BTO)和低介电支架材料Al2O3(AO)的简单铸造方法制备3D多孔支架，以区分多孔支架和高介电常数对电化学锂金属沉积的影响。采用BTO涂层的Cu||LiCoO2电池的原位固态核磁共振表明，高介电支架可诱导致密沉积和有效剥离，剥离后几乎不会留下死锂。
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图2 BTO|Li半电池的性能
结果，BTO支架|锂金属半电池循环的表现出99.82%的平均CE、低过电位和更长的循环寿命。全电池也表现出更高的性能，平均库仑效率为99.37%。这些结果表明，高介电支架提供了一种有趣的策略，可以提高无负极配置中锂金属电极的可逆性和安全性。
作者认为，下一步要探索的途径是结合更稳定的SEI形成电解液和添加剂以及优化高介电支架，以最大限度地减少首次循环期间的容量损失，并进一步延长循环寿命。
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图3 BTO||NCM电池的性能
High dielectric barium titanate porous scaffold for efficient Li metal cycling in anode-free cells. Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-26859-8

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