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(chǔ)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(yáng)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(guò)在電解液中引入石墨烯量子點(diǎn)來(lái)抑制高載量鋰-硫電池枝晶生長(zhǎng)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(wú)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(chǎng)和離子流作用下，GQDs在電極-電解質(zhì)界面富集，形成無(wú)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(yáng)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(kù)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(yáng)極的固有問(wèn)題提供了一種新且簡(jiǎn)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(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)，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(shuō)明了GQDs控制的沉積過(guò)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。
.jpg)
