基于金属-有机框架玻璃的高性能无树的金属阳极
Junwei Ding1, Tao Du1, Lars R Jensen2
1Department of Chemistry and Bioscience, Aalborg University, Aalborg, 9220, Denmark.
Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.)
|May 3, 2024
概括
一种新的金属有机框架 (MOF) 玻璃层可以防止树在阳极中的生长. 这使得稳定,高性能金属电池具有增强的循环和容量.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 金属电池 (LMBs) 面临着树状物增长和阳极体积变化的重大挑战,限制了其性能和安全性.
- 开发稳定的金属阳极对于下一代高能量密度电池至关重要.
研究的目的:
- 引入一种新的金属有机框架 (MOF) 玻璃层,作为金属阳极的同位素,无粒边界的涂层.
- 为了研究MOF玻璃层对离子传输和树抑制的影响.
- 为了评估电池应用中由MOF玻璃层保护的金属阳极的电化学性能.
主要方法:
- 计算模拟,包括ab initio和经典分子动力学,用于研究通过MOF玻璃层的运输.
- 用纳米孔隙MOF玻璃层涂覆的金属阳极的制造.
- 使用LiFePO4和LiCoO2阴极对称的金属电池和全电池的电化学测试.
主要成果:
- 由于MOF玻璃层的单体结构和接口特性,它可以促进的平滑和均运输.
- 该层通过表面和界面封闭效应有效地抑制合金涂层和剥离期间的树石形成.
- 对称电池在1 mA cm-2.2下经过300多小时的稳定运行证明了对称的电池.
- 采用LiFePO4阴极的全电池实现了高容量 (148 mAh g-1),优异的速率能力 (61 mAh g-1在5°C),以及显著的循环稳定性 (1000个循环后约90%的保留).
结论:
- 应用同位素的,无粒边界的MOF玻璃层是稳定金属阳极的高效策略.
- 这种方法显著减轻了树的生长和体积变化,从而提高了电池的性能.
- 开发的MOF玻璃层技术对推进高性能和安全金属电池的开发具有很大的前景.
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