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        3. 中科院大連化物所研發出全3D打印鋰金屬電池 

          發布時間: 2022-11-18 10:26
          近日,由中國科學院大連化學物理研究所吳中帥教授領導的研究團隊開發了具有高能量密度、長壽命的全3D打印鋰金屬電池,這項研究發表在《儲能材料》上。
          中科院大連化物所研開發出全3D打印鋰金屬電池.png

          這款鋰金屬電池采用多孔導電Ti3C2Tx MXene骨架作為高容量、無枝晶的鋰金屬負極,采用多維導電LiFePO 4 (LFP) 晶格作為超厚正極。

          鋰金屬電池被認為是超越當前最先進的鋰離子電池的下一代高能量電池。然而,由于其存在不可控的鋰枝晶、死鋰,以及充放電過程鋰金屬體積膨脹等問題,導致鋰金屬循環性能差,安全性能低,限制了鋰金屬負極在高比能鋰金屬電池中的實際應用。

          此外,傳統的刮涂法制備出的正極活性物質載量有限(20mg/cm2),面積容量往往低于4mAh/cm2,使得鋰金屬電池的面積能量密度較低。因此,如何同時獲得穩定的無枝晶鋰負極和匹配的高載量正極,以實現長壽命和高能量密度的鋰金屬電池,仍面臨挑戰。
          中科院大連化物所研開發出全3D打印鋰金屬電池.jpg
          在這項研究中,研究人員報告了一種用于構建超高性能鋰金屬電池的全3D打印方法,通過3D打印Ti3C2Tx MXene框架沉積的鋰金屬負極與超厚磷酸鐵鋰框架正極。

          研究發現,MXene導電骨架的親鋰特性能夠調節局部電流分布,均勻化鋰成核與沉積,形成均勻的富LiF固體電解質界面層和穩定的鋰/電解質界面,實現了高容量(30mAh/cm2)、高穩定(>4800h循環)且無枝晶的鋰金屬負極。3D打印磷酸鐵鋰電極(載量171mg/cm2)具有三維多孔導電框架結構,促進了電子傳輸動力學速率,降低了厚電極中的離子傳輸距離,提高了活性材料的利用率,從而有效地提高了鋰金屬電池的電化學性能。

          所匹配的鋰金屬全電池(鋰負極過量50%)表現出25.3mAh/cm2的高面容量和81.6mWh/cm2的高面能量密度,超過了迄今為止報道的所有3D打印電池。

          據資源庫的了解,這項研究通過3D打印同時解決了鋰金屬負極不穩定和正極面容量較低的問題,為研制長壽命、高比能鋰金屬電池提供了一條可行的途徑。同時,該研究得到了國家自然科學基金、中科院先導專項和中科院大連清潔能源國家實驗室的資助。
          聲明:本文是 3D打印資源庫網 轉載文章,內容為作者獨立觀點,不代表3D打印資源庫立場,轉載請联系原作者。如對文章有異議或投訴,請联系kefu@3dzyk.cn。
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