便攜式智能器件與長(zhǎng)續(xù)航動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)展對(duì)可充電的二次電池的能量密度提出了更高要求。金屬鋰電池因其高比容量(3860 mA h g-1)和較低的標(biāo)準(zhǔn)電壓而受到關(guān)注，是理想的高能量密度負(fù)極材料。然而，鋰金屬電池的實(shí)際應(yīng)用仍面臨不可控的鋰離子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，如不可控的鋰沉積和溶解行為、固態(tài)電解質(zhì)中間相(SEI)界面的反復(fù)生成和變形以及體積膨脹等，這會(huì)引起嚴(yán)重的鋰枝晶問(wèn)題并縮短鋰金屬循環(huán)壽命。前期的正極研究中發(fā)現(xiàn)，金屬單原子催化劑與缺陷催化劑能夠調(diào)控鋰離子的動(dòng)力學(xué)行為(ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 12727; Chem. Eng. J. 2020, 128172; Energy Storage Mater. 2019, 18, 246; Energy Storage Mater. 2020, 28, 375;Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2007434; ChemSusChem 2020, 13, 3404)。基于此，在納米碳上的金屬單原子催化劑SACs可能有助于提供豐富的親鋰結(jié)合位點(diǎn)，調(diào)節(jié)鋰的動(dòng)力學(xué)行為，引導(dǎo)鋰的均勻沉積而避免枝晶的生成。但目前，除了利用氮摻雜納米碳來(lái)負(fù)載SACs的制備方法，仍缺乏發(fā)展簡(jiǎn)單有效錨定和穩(wěn)定高濃度的SACs方法。

為此，中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所博士王健與研究員藺洪振，首次提出利用缺陷位點(diǎn)來(lái)錨定金屬單原子的方法，將高活性金屬單原子錨定在陽(yáng)離子缺陷化合物中作為鋰離子動(dòng)力學(xué)調(diào)控層，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子動(dòng)力學(xué)的催化，豐富的金屬單原子活性位點(diǎn)可引導(dǎo)鋰以較低的能壘均勻成核，并促進(jìn)鋰金屬表面的無(wú)枝晶化過(guò)程。與常規(guī)的納米碳材料相比較，陽(yáng)離子缺陷金屬硫化物比納米碳具有更好的親鋰性。缺陷位點(diǎn)能夠捕獲并錨定金屬單原子，利用球差矯正電鏡與X射線吸收光譜表征了鈷單原子的形貌與化學(xué)環(huán)境，并通過(guò)能量散射譜分析了鈷原子和鐵原子的價(jià)態(tài)特征，確認(rèn)了Fe1-xS和鈷單原子的存在形態(tài)。　　高活性的原子位點(diǎn)使SACo/ADFS@HPSC具有協(xié)同親鋰和催化鋰離子動(dòng)力學(xué)的效應(yīng)能夠顯著調(diào)控鋰沉積行為。活性金屬單原子位點(diǎn)降低了鋰成核勢(shì)壘，促進(jìn)鋰的均勻水平沉積，從而獲得1600 h的超長(zhǎng)壽命和較高的庫(kù)侖效率，有效阻止了鋰沉積過(guò)程中的枝晶生長(zhǎng)，并對(duì)循環(huán)后的電極形貌進(jìn)行了表征與機(jī)制研究。與常規(guī)的SACs一樣，SACo/ADFS@HPSC調(diào)控層對(duì)多硫化物的催化、硫化鋰的沉積有明顯催化作用。調(diào)控的鋰金屬作為負(fù)極與硫正極匹配后，鋰硫全電池的硫利用率和倍率性能顯著提高，倍率最高可達(dá)10 C。在1 mA cm-2下，制備的硫面積載量為5.4 mg cm-2的軟包電池的面容量為3.78 mA cm-2，體現(xiàn)出較好的實(shí)際應(yīng)用前景。該工作提供了一種利用催化材料來(lái)控制均勻剝離和沉積鋰的表面電化學(xué)行為的新策略。

相關(guān)研究成果以Long-Life Dendrite-Free Lithium metal Electrode Achieved by Constructing a Single metal Atom Anchored in a Diffusion Modulator Layer為題。

圖1.陽(yáng)離子缺陷硫化亞鐵錨定高活性鈷單原子的合成示意圖和形貌特征

圖2.SACo/ADFS@HPSC復(fù)合體系中活性金屬單原子的譜學(xué)特征

圖3.SACo/ADFS@HPSC調(diào)控層提升鋰金屬電極的電化學(xué)穩(wěn)定性和壽命

圖4.SACo/ADFS@HPSC對(duì)鋰金屬電極表面鋰離子動(dòng)力學(xué)的調(diào)控機(jī)理解析

圖5.全電池電化學(xué)性能測(cè)試

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以上是小編收集整理的研究提出利用缺陷位點(diǎn)錨定金屬單原子實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子動(dòng)力學(xué)催化部分內(nèi)容來(lái)自網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系刪除：153045535@qq.com;
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