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近日，中國科學院國家納米科學中心的研究人員提出一種宿主空間調(diào)制策略，采用木頭碳化和化學氣相沉積技術制備出一類具有自支撐三維結(jié)構的碳納米纖維網(wǎng)絡均勻覆蓋的低迂曲度碳質(zhì)微溝道垂直陣列(CTC)，用于鋰金屬復合負極。
這種三維宿主材料模仿葉脈中的協(xié)作分工，一方面，低迂曲度碳質(zhì)微溝道不僅可容納充放電過程中的體積變化，還提供長程范圍內(nèi)鋰離子的均勻、直接和快速輸運通道；另一方面，均勻覆蓋的碳納米纖維網(wǎng)絡通過強的毛細作用提高電解液親和力，從而作為局部儲液池，促進鋰離子在短程范圍內(nèi)的均勻分布和沉積。
基于碳質(zhì)微溝道和碳納米纖維的空間協(xié)同及鋰離子輸運和分布的分工協(xié)作，CTC可承受極端的面負載和面電流密度，在不同高面負載和高電流密度下表現(xiàn)出高的鋰沉積效率及循環(huán)穩(wěn)定性，且兼具高安全特征。此項研究為高性能鋰及其他金屬負極的設計、構建及應用提供了一種新思路和新途徑。
金屬鋰具有極高的理論比容量和極低的電化學反應電位，是一種極具前景的新一代儲能電池負極材料。然而，以金屬鋰作為負極存在相互牽制的挑戰(zhàn)，包括充放電過程中的鋰枝晶生長、固態(tài)電解質(zhì)界面膜不穩(wěn)定性及伴隨的巨大體積變化等，不僅降低電池效率、縮短使用壽命，還帶來不可忽視的安全隱患，長期制約其實際應用。針對上述難題，各種方案已被廣泛示范，如電解液成分的調(diào)控、人工界面膜的引入、三維集流體的構建等。然而，面向?qū)嶋H應用及超厚電極電池發(fā)展需求，在高面負載和高電流密度下實現(xiàn)其穩(wěn)定循環(huán)仍極具挑戰(zhàn)性。
