p Os pesquisadores propuseram um ânodo de metal de lítio de fase dupla eficiente e estável para baterias de Li-S, contendo interfase de eletrólito sólido induzida por polissulfeto e estrutura de grafeno nanoestruturado na Universidade de Tsinghua, aparecendo em ACS Nano . p Entre vários candidatos a bateria promissores com altas densidades de energia, Baterias Li-S, com uma alta capacidade teórica de 1675 mAh g ^-1 (com base no enxofre) e uma densidade de energia de 2600 Wh kg ^-1 (com base no par redox Li-S), são altamente considerados. "A propriedade superior mostra o tremendo potencial das baterias Li-S em eletrônicos portáteis, Veículos elétricos, e colheita de energia renovável, "disse o Dr. Qiang Zhang, um professor associado do Departamento de Engenharia Química, Universidade de Tsinghua. "Apesar dessas vantagens, muitos obstáculos ainda precisam ser superados para aplicações práticas de baterias Li-S, como a baixa condutividade do enxofre, a lançadeira de intermediários de polissulfeto de cadeia longa no cátodo de enxofre e dendrito de Li emite no ânodo de metal de Li. Em relação à ampla pesquisa no cátodo e eletrólito, O metal li no ânodo obteve poucas atenções. "

p A formação de dendritos de Li é um problema principal para baterias de metal de lítio, incluindo baterias de Li-S, o que sempre leva a sérias preocupações de segurança e baixa eficiência Coulombic. Os dendritos de Li estão entre os problemas mais difíceis do ânodo de metal de Li, Contudo, não é o exclusivo. Pesquisadores do Pacific Northwest National Laboratory descobriram um novo mecanismo de falha de ânodos de metal de Li, que a interfase porosa do ânodo cresceu para dentro em direção ao metal Li a granel (fresco), que evoluiu para uma camada confusa e altamente resistiva e, portanto, resultou em grande resistência de transferência e uma grande quantidade de metal de Li perdendo contato com elétrons (Li morto) na camada inerte. Antes do curto-circuito induzido por dendrito, a impedância da bateria aumentou drasticamente e a vida útil foi encerrada mais cedo (Adv. Energy Mater. 2014, 1400993).

p "Em uma célula Li-S, este fenômeno é mais frequente e sério, porque os produtos de enxofre e sulfeto de lítio são isolantes de íons e elétrons e o efeito de acoplamento cruzado levará a uma diminuição acentuada na densidade de tensão e energia. Consequentemente, é extremamente importante projetar uma estrutura anódica com canais desejáveis ​​de elétrons e íons para melhorar as propriedades de transferência e reciclar Li morto em uma célula Li-S, "Qiang disse ao Phys.org.

p Com base neste conceito, Xin-Bing Cheng, um estudante de graduação e o primeiro autor, propôs uma estrutura de grafeno nanoestruturada com depósito de Li para ser um ânodo de metal de Li de alta eficiência e alta estabilidade para baterias de Li-S. Em uma configuração de rotina de ânodo de metal de Li sem estrutura de grafeno, Os dendritos de Li cresceram facilmente em substratos 2D de rotina (como folha de Cu). Como a raiz dos dendritos pode receber o elétron facilmente e então se dissolver mais cedo, Os dendritos de Li fraturaram facilmente e foram destacados do substrato para formar Li morto. Se houver uma estrutura condutiva pré-existente, como espuma de grafeno autossustentada, o Li depositado será bem acomodado. A espuma de grafeno autônoma oferece vários recursos promissores como camada inferior para ânodo de Li, incluindo (1) área de superfície relativamente maior do que substratos 2D para diminuir a densidade de corrente de superfície específica real e a possibilidade de crescimento de dendrito, (2) estrutura interconectada para apoiar e reciclar Li morto, e (3) boa flexibilidade para sustentar a flutuação de volume durante a incorporação / extração repetida de Li.

p "Esperamos que a combinação inteligente da engenharia em nanoescala e eletroquímica possa ajudar a melhorar a eficiência coulombica e a condutividade iônica do ânodo de metal de Li para as aplicações de baterias de Li-S, "disse Xin-Bing. Pesquisas futuras são necessárias para investigar a difusão de íons Li antes e depois de cruzar o SEI. Os resultados indicaram que a engenharia de eletrodo interfacial em nanoescala pode ser uma estratégia promissora para resolver os problemas intrínsecos dos ânodos de metal de lítio e os conceitos descritos aqui lançar uma nova luz para LMBs de alta densidade de energia, como Li-S e Li-O ₂ baterias.