Rationalized design of hyperbranched trans-scale graphene arrays for enduring high-energy lithium metal batteries

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作者
Ruopian Fang,Zhaojun Han,Jibiao Li,Zhichun Yu,Jian Pan,Soshan Cheong,Richard D. Tilley,Francisco J. Trujillo,Dawei Wang
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:8 (34): eadc9961-eadc9961 被引量:42
标识
DOI:10.1126/sciadv.adc9961
摘要

Lithium (Li) metal anode have shown exceptional potential for high-energy batteries. However, practical cell-level energy density of Li metal batteries is usually limited by the low areal capacity (<3 mAh cm-2) because of the accelerated degradation of high-areal capacity Li metal anodes upon cycling. Here, we report the design of hyperbranched vertical arrays of defective graphene for enduring deep Li cycling at practical levels of areal capacity (>6 mAh cm-2). Such atomic-to-macroscopic trans-scale design is rationalized by quantifying the degradation dynamics of Li metal anodes. High-energy Li metal cells are prototyped under realistic conditions with high cathode capacity (>4 mAh cm-2), low negative-to-positive electrode capacity ratio (1:1), and low electrolyte-to-capacity ratio (5 g Ah-1), which shed light on a promising move toward practical Li metal batteries.
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