Lithiophilic Hydrogen-Substituted Graphdiyne Aerogels with Ionically Conductive Channels for High-Performance Lithium Metal Batteries

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作者
Xin Gao,X. R. Zheng,Yusheng Ye,Hiang Kwee Lee,Pu Zhang,Andy Cui,Xin Xiao,Yufei Yang,Yi Cui
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (10): 3044-3050 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c04370
摘要

Lithium (Li) metal stands as a promising anode in advancing high-energy-density batteries. However, intrinsic issues associated with metallic Li, especially the dendritic growth, have hindered its practical application. Herein, we focus on molecular combined structural design to develop dendrite-free anodes. Specifically, using hydrogen-substituted graphdiyne (HGDY) aerogel hosts, we successfully fabricated a promising Li composite anode (Li@HGDY). The HGDY aerogel's lithiophilic nature and hierarchical pores drive molten Li infusion and reduce local current density within the three-dimensional HGDY host. The unique molecular structure of HGDY provides favorable bulk pathways for lithium-ion transport. By simultaneous regulation of electron and ion transport within the HGDY host, uniform lithium stripping/platting is fulfilled. Li@HGDY symmetric cells exhibit a low overpotential and stable cycling. The Li@HGDY||lithium iron phosphate full cell retained 98.1% capacity after 170 cycles at 0.4 C. This study sheds new light on designing high-capacity and long-lasting lithium metal anodes.
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