近期顶刊速报!!!
第一作者：陈晶
通讯作者：丁书江，林志群
通讯单位：西安交通大学
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c08766
摘要
锂金属电池（LMBs）因其高能量密度而被视为下一代能源存储技术的重要方向。然而，锂/电解液界面的不稳定性，特别是无限制的锂枝晶生长，严重阻碍了LMBs的实际应用。本研究提出了一种动态超分子弹性体（DSE）界面层的方法，该方法能够在碳酸酯电解液中与锂金属反应，形成强Li+离子-偶极相互作用，从而增强界面稳定性。DSE层的软相和硬相分别促进了快速Li+传输和快速离子导电固体电解质界面（SEI）组分的生成，包括Li3N和Li2S。此外，DSE网络的动态弹性保护了锂阳极免受电解液腐蚀，并适应了充放电过程中的体积变化。这些特性共同促进了均匀的Li+沉积，并抑制了锂枝晶的传播，确保了锂阳极的稳定和无枝晶生长。
研究成果
西安交通大学化学学院丁书江教授和新加坡国立大学林志群教授在《Journal of the American Chemical Society》上发表了题为“Li+ Ion-Dipole Interaction-Enabled a Dynamic Supramolecular Elastomer Interface Layer for Dendrite-Free Lithium Metal Anodes”的论文，本研究成功制备了一种DSE界面层，通过与锂金属的化学还原反应，形成了稳定的人工SEI层。DSE层的软相由聚四亚甲基醚甘油（PTMEG）组成，促进了快速的Li+传输；硬相由富含硫（S）的2,2'-二羟基乙基二硫醚（HEDS）和富含氮（N）的2-脲基-4-嘧啶酮（UPy）组成，诱导形成包括Li2S和Li3N在内的快速离子导电SEI组分。DSE层的这些特性共同促进了均匀的Li+沉积，并抑制了锂枝晶的传播，显著提高了锂阳极的循环稳定性。
论文亮点
1.提出了一种新型DSE界面层，通过Li+离子-偶极相互作用增强了锂阳极在碳酸酯电解液中的稳定性。
2.DSE层的软相和硬相协同作用，实现了快速Li+传输和均匀Li+沉积。
3.DSE层的动态弹性网络适应了充放电过程中的体积变化，保护了锂阳极免受电解液腐蚀。
4.实现了超过6000小时的对称锂||锂电池循环稳定性，即使在高电流密度和高面积容量条件下，也能有效地抑制锂枝晶的生长。
图文导读
图1：展示了DSE/Li阳极的形成过程、截面SEM图像、元素分布、EPR谱图和XPS分析结果，证实了DSE层与锂金属之间的强相互作用。
图2：通过Tafel曲线、Arrhenius曲线和CV曲线，分析了DSE/Li阳极的电化学反应动力学。
图3：展示了DSE/Li阳极在不同电流密度下的镀锂/剥离行为，证明了DSE层在抑制锂枝晶生长方面的优势。
图4：通过SEM和原位光学显微镜图像，直观展示了DSE层对锂沉积形态的影响。
图5：通过ToF-SIMS和XPS分析，揭示了DSE层稳定锂阳极的机理。
结论
本研究开发的DSE人工SEI保护层，通过有效的Li+离子-偶极相互作用，显著提高了LMBs在碳酸酯电解液中的表现。DSE层不仅提高了锂/电解液界面的稳定性，还防止了电解液在循环过程中的降解。DSE层的快速Li+传输动力学、均匀的Li+沉积能力以及对体积变化的适应性，共同实现了稳定和无枝晶的锂镀/剥离，为实现实际LMBs提供了一条有希望的途径。
作者简介
科研绘图
科研云以专业的绘图技术和优质的服务为标准，为科研人员提供绘图服务。绘图作品曾在Nature, Science, JACS, Angew, AM, ACS, RSC等各个顶级期刊发表，服务对象遍布全球。客户推荐率95%，绘图设计师具有生物、医学、化学、物理、设计等专业背景，出图迅速、经验丰富、沟通无阻、是您科研绘图的好帮手。
为客户提供：期刊封面图设计、配图插图设计、科研动画、logo设计、PPT美化等设计服务，针对客户的需求，竭诚为您的著作及科研成果实现可视化的呈现，为您的科研作品锦上添花。
详情请咨询13520034491（同微信）。
扫码添加客服微信
