A Freestanding 3D Skeleton with Gradationally Distributed Lithiophilic Sites for Realizing Stable Lithium Anodes

材料科学 过电位 阳极 成核 电极 碳纳米管 化学工程 电化学 碳纤维 金属锂 纳米技术 阴极 金属 复合数 复合材料 化学 冶金 有机化学 物理化学 工程类
作者
Tianhui Li,Hanxiao Zhou,Wenjing Liu,Jingjing Gao,Zhihao Guo,Zihao Su,Y. Yan,Shaoxiang Su,Haoyu Xie,Gongchang Peng,Meizhen Qu
出处
期刊:Chemistry: A European Journal [Wiley]
卷期号:29 (66) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/chem.202301991
摘要

Lithium (Li) metal anodes are drawing considerable attention owing to their ultrahigh theoretical capacities and low electrochemical reduction potentials. However, their commercialization has been hampered by safety hazards induced by continuous dendrite growth. These issues can be alleviated using the ZnO-modified 3D carbon-based host containing carbon nanotubes (CNTs) and carbon felt (CF) fabricated by electroplating in the present study (denoted as ZnO/CNT@CF). The constructed skeleton has lithiophilic ZnO that is gradationally distributed along its thickness. The utilization of an inverted ZnO/CNT@CF-Li anode obtained by flipping over the carbon skeleton after Li electrodeposition is also reported herein. The synergistic effect of the Li metal and lithiophilic sites reduces the nucleation overpotential, thus inducing Li+ to preferentially deposit inside the porous carbon-based scaffold. The composite electrode compels Li to grow away from the separator, thereby significantly improving battery safety. A symmetric cell with the inverted ZnO/CNT@CF-Li electrode operates steadily for 700 cycles at 1 mA cm-2 and 1 mAh cm-2 . Moreover, the ZnO/CNT@CF-Li|S cell exhibits an initial areal capacity of 10.9 mAh cm-2 at a S loading of 10.4 mg cm-2 and maintains a capacity of 3.0 mAh cm-2 after 320 cycles.

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