鋰硫電池是替代傳統(tǒng)鋰離子電池的最有希望的下一代高能量存儲設(shè)備之一。盡管在高硫負(fù)載復(fù)合陰極的性能方面取得了可喜的進(jìn)展，但鋰陽極兼容保護(hù)策略的發(fā)展卻嚴(yán)重滯后。本文報(bào)道了一種通過在電解液中引入石墨烯量子點(diǎn)來抑制高載量鋰-硫電池枝晶生長的新方法。石墨烯量子點(diǎn)作為均勻成核的異質(zhì)中心，為無枝晶鋰沉積提供連續(xù)的調(diào)控。原位拉曼光譜顯示，在調(diào)節(jié)的電場和離子流作用下，GQDs在電極-電解質(zhì)界面富集，形成無枝晶Li沉積。結(jié)果表明，在電流密度為3 mA cm-2、面容量為3 mAh cm-2的條件下循環(huán)500h以上，鋰枝晶短路的臨界電流增加到7.44 mA cm-2，排除了軟短路風(fēng)險(xiǎn)，證明了GQDs具有良好的抑制枝晶的作用。作為概念證明，采用GQDs改性陽極液制備的高負(fù)載鋰硫電池，在電流密度為3 mA cm-2、硫載量為4 mg cm-2、循環(huán)次數(shù)為200次的情況下，庫侖效率穩(wěn)定在99%。我們的研究結(jié)果為解決高載量鋰硫電池鋰陽極的固有問題提供了一種新且簡便的方法。
Figure 2. （a）在3 mA cm-2電流密度下，電解質(zhì)中使用和不使用GQDs的Li|Li電池的電壓-時間曲線循環(huán)，容量為3電解質(zhì)。電解質(zhì)中（b）使用和（c）不使用GQDs，鋰電池在逐步增加的電流密度下的電壓-時間曲線。在電流密度為1 mA cm-2的電解液中，研究了（d）含和（e）不含GQDs的Li|Cu電池的脫離/沉積性能。（f）Li|Cu電池在1 mA cm-2電流密度下的循環(huán)性能。
Figure 3. 電流密度為3 mA cm-2時，電解液中鋰離子沉積在（a,b,e,f）含和（c,d,g,h）不含GQDs的Li|Cu電池和的SEM圖像。鋰在沉積容量分別為（a-d）0.5 mAh cm-2和（e-h）3 mAh cm-2下的SEM圖。當(dāng)發(fā)生軟短路時，以3 mA cm-2和3 mAh cm-2，Li沉積在Li|Li電池中，（I,j）在具有GQDs電解液和（k,l）不具有GQDs的電解液中運(yùn)行500h的SEM圖。（a–h）中的比例尺為10μm，（m）說明了GQDs控制的沉積過程。
相關(guān)研究成果于2020年由電子科技大學(xué)Jie Xiong課題組，發(fā)表在Nano Energy（2020, 68, 104373）上。原文：Graphene quantum dots as the nucleation sites and interfacial regulator to suppress lithium dendrites for high-loading lithium-sulfur battery。
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