Monolayer Amorphous Carbon: Unlocking Disorder‐Induced Lithiophilicity

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作者
Lu Shi,Hanning Zhang,Artem K. Grebenko,Ruslan D. Yamaletdinov,Rejaul Sk,Ranjith Shivajirao,Zhengjue Tong,Sergey Yu. Luchkin,Hongji Zhang,Konstantin Iakoubovskii,Аlena A. Alekseeva,Andrei V. Starkov,Carlo M. Orofeo,Junhao Lin,Kazu Suenaga,Chee‐Tat Toh,Remi Mahfouz,Talah M. Tayeb,Nada Qari,Stefan Adams
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:13 (3): e16490-e16490 被引量:2
标识
DOI:10.1002/advs.202516490
摘要

Dendritic lithium growth on the current collector remains a major obstacle to developing anode-less batteries, arising from inhomogeneous lithium nucleation and uneven surface lithiophilicity. Existing approaches, such as metallic or carbonaceous interlayers, often fail to stabilize lithium deposition due to mechanical degradation or spatial variations in lithium affinity. Here, we demonstrate that a monolayer amorphous carbon (MAC) film-a single-atom-thick disordered sp2 network grown directly on copper-can fundamentally alter lithium nucleation behavior. The topological disorder of MAC produces a dense distribution of electron-rich sites that uniformly strengthen lithium binding. As a result, the MAC surface exhibits a lithium contact angle of 31 ± 5°, four times lower than that of graphene and nearly three times lower than that of bare copper, leading to homogeneous wetting and deposition. Electrochemical tests reveal a reduced nucleation overpotential of 28.9 mV at 0.5 mA cm-2. Density functional theory and scanning tunneling microscopy confirm that disorder-induced localization of states near the Fermi level enhances electronegativity and forms continuous lithium-binding sites. These findings establish intrinsic structural disorder, rather than chemical doping, as an effective route to designing uniformly lithiophilic current collectors for next-generation anode-less batteries.
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