据国外媒体报道，在发表于《电化学学报》(Electrochimica Acta)的一项研究中，北京化工大学和北航的研究人员提出了一种可扩展、高性价比的制造高效三维锂金属负极的技术，为研究锂金属和潜在的其他金属负极开辟了新的途径。
(来源:sciencedirect)
电极“圣杯”
随着笔记本电脑、手机和电动汽车的快速发展，对高能量密度和长寿命的储能解决方案的需求日益增加。锂金属负极具有优异的比容量、重量轻、反应电位低，被誉为未来锂电池电极材料的“圣杯”。然而，锂金属阳极存在锂枝晶生长的问题，减缓了其商业化进程。
使用锂金属电极的缺点
锂枝晶生长可能导致几个问题，例如穿透隔板和接触阳极，这可能导致短路。
锂金属与电解质的相互作用会不断消耗活性锂金属物质和电解质，显著降低库仑效率。在循环过程中，锂枝晶将从锂片上脱落，留下“死”锂涂层。这会影响库仑效率，增加锂电池内阻，从而降低循环效率。
在锂金属电池中，每次剥离或电镀过程中的体积变化没有限制。因此，在使用锂金属负极时，最迫切的挑战是完全控制枝晶生长，延长锂电池的循环寿命。
解决枝晶问题的不同方法
最近人们用不同的方法制作锂金属阳极的骨架材料，以抑制锂枝晶的生长，承受较大的体积波动。充分开发SEI片、优化电解液组成、设计锂金属阴极结构都是解决锂枝晶生长问题的有效方法。
制造合成SEI板是一种控制枝晶生长的技术，可以提高锂剥离/电镀的效率。然而，由于锂金属固有的非主体特性，显著的体积增加可能导致内应力不断累积，导致SEI片在多次循环中破裂。
近年来，锂金属阴极骨架的发展被认为是解决锂枝晶生长和体积变化的成功方法。这种锂金属阴极结构的设计可以降低电流密度和体积增长，抑制锂枝晶的生长，从而提高锂金属阴极的有效性。
多孔锂基质
利用石墨烯、碳纤维、金属氧化物、MXenes(二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物)和具有纳米工程结构的金属多孔主体，可以形成有效的三维高孔隙率锂负极骨架，提高锂金属复合负极在高电流密度和大容量下的循环稳定性。
另外，金属原子的加入可以提高锂的吸附能，使金属锂均匀形核沉积；并提供大量的活性位点来吸引锂离子并改善电化学性能。
这项研究的主要发现
在这项研究中，采用一种新的原位生长方法来构建一种含有铁纳米颗粒的多孔碳纳米纤维载体骨架(PCNF-Fe)，使该基质满足优化锂金属复合电极的设计标准。
PCNF-Fe基层具有大的比表面积和高的亲油性，可以成功地降低锂成核过电位，为锂离子提供丰富的成核活性位点。这种高孔隙率的三维导电骨架可以促进电子转移，有效降低局部电流密度，从而阻止锂枝晶的形成和生长。
富含氧和氮的碳骨架对锂离子的吸引力更大，可以促进锂的均匀成核。这种多孔主体具有开放的孔隙，可以承受循环过程中固有的体积波动，运输锂离子。
对对称电池的评估显示出优异的循环稳定性和优异的库仑效率。根据密度泛函理论的模拟，铁纳米粒子包覆的碳纳米纤维更容易吸附锂原子，使锂沉积更加均匀。
1据国外媒体报道，在《电化学学报》(Electrochimica Acta)上发表的一项研究中，来自北京化工大学和北航的研究人员提出了一种可扩展、高性价比的制造高效三维锂金属负极的技术，为研究锂金属和潜在的其他金属负极开辟了新的途径。
(来源:sciencedirect)
电极“圣杯”
随着笔记本电脑、手机和电动汽车的快速发展，对高能量密度和长寿命的储能解决方案的需求日益增加。锂金属负极具有优异的比容量、重量轻、反应电位低，被誉为未来锂电池电极材料的“圣杯”。然而，锂金属阳极存在锂枝晶生长的问题，减缓了其商业化进程。
使用锂金属电极的缺点
锂枝晶生长可能导致几个问题，例如穿透隔板和接触阳极，这可能导致短路。
锂金属与电解质的相互作用会不断消耗活性锂金属物质和电解质，显著降低库仑效率。在循环过程中，锂枝晶将从锂片上脱落，留下“死”锂涂层。这会影响库仑效率，增加锂电池内阻，从而降低循环效率。
在锂金属电池中，每次剥离或电镀过程中的体积变化没有限制。因此，在使用锂金属负极时，最迫切的挑战是完全控制枝晶生长，延长锂电池的循环寿命。
解决枝晶问题的不同方法
最近人们用不同的方法制作锂金属阳极的骨架材料，以抑制锂枝晶的生长，承受较大的体积波动。充分开发SEI片、优化电解液组成、设计锂金属阴极结构都是解决锂枝晶生长问题的有效方法。
制造合成SEI板是一种控制枝晶生长的技术，可以提高锂剥离/电镀的效率。然而，由于锂金属固有的非主体特性，显著的体积增加可能导致内应力不断累积，导致SEI片在多次循环中破裂。
近年来，锂金属阴极骨架的发展被认为是解决锂枝晶生长和体积变化的成功方法。这种锂金属阴极结构的设计可以降低电流密度和体积增长，抑制锂枝晶的生长，从而提高锂金属阴极的有效性。
多孔锂基质
利用石墨烯、碳纤维、金属氧化物、MXenes(二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物)和具有纳米工程结构的金属多孔主体，可以形成有效的三维高孔隙率锂负极骨架，提高锂金属复合负极在高电流密度和大电流密度下的循环稳定性……容量可以提高。
另外，金属原子的加入可以提高锂的吸附能，使金属锂均匀形核沉积；并提供大量的活性位点来吸引锂离子并改善电化学性能。
这项研究的主要发现
在这项研究中，采用一种新的原位生长方法来构建一种含有铁纳米颗粒的多孔碳纳米纤维载体骨架(PCNF-Fe)，使该基质满足优化锂金属复合电极的设计标准。
PCNF-Fe基层具有大的比表面积和高的亲油性，可以成功地降低锂成核过电位，为锂离子提供丰富的成核活性位点。这种高孔隙率的三维导电骨架可以促进电子转移，有效降低局部电流密度，从而阻止锂枝晶的形成和生长。
富含氧和氮的碳骨架对锂离子的吸引力更大，可以促进锂的均匀成核。这种多孔主体具有开放的孔隙，可以承受循环过程中固有的体积波动，运输锂离子。
对对称电池的评估显示出优异的循环稳定性和优异的库仑效率。根据密度泛函理论的模拟，铁纳米粒子包覆的碳纳米纤维更容易吸附锂原子，使锂沉积更加均匀。
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