近日，大連化物所二維材料與能源器件研究組（DNL21T3）吳忠?guī)浹芯繂T團隊發(fā)展了一種三維高導(dǎo)電、親鋰性的MXene/石墨烯多孔氣凝膠新材料，并將其應(yīng)用于高鋰載量、高容量、無枝晶金屬鋰負極，獲得了高比能、長壽命鋰金屬電池。

金屬鋰具有超高質(zhì)量理論比容量（3860mAhg-1）和最低的氧化還原電壓（-3.04Vvs.SHE），被認為是一種非常有應(yīng)用前景的高比能鋰電池負極材料。但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(dǎo)致鋰金屬循環(huán)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(yīng)用。

因此，如何在保持鋰金屬超高容量的同時，抑制鋰枝晶的生長，實現(xiàn)均勻的鋰沉積，并延長其循環(huán)壽命是目前鋰金屬電池應(yīng)用研究的瓶頸之一。

該團隊開發(fā)出一種三維MXene/石墨烯多孔氣凝膠材料，并將其用作鋰金屬的載體，成功構(gòu)筑出柔性的、高鋰載量（3560mAhg-1）的金屬鋰負極復(fù)合材料。該三維MXene/石墨烯氣凝膠材料具有高比表面積（259m2g-1）、優(yōu)異導(dǎo)電性、良好的親鋰性能，實現(xiàn)了高的庫倫效率（99%），顯著提高了金屬鋰負極的循環(huán)穩(wěn)定性（2700h），遠高于目前文獻中報道值。

重要的是，將該鋰金屬負極應(yīng)用到鋰硫、鋰/鈦酸鋰全電池中，都表現(xiàn)出高的比容量、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。這種三維高導(dǎo)電親鋰網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計策略為構(gòu)建高能量密度、長循環(huán)壽命的鋰金屬電池提供了新的思路。

上述工作得到了國家重點研發(fā)計劃、中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院等項目的資助。相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)會·納米》(ACSNano)上。