伊利诺大学参与研发3D石墨烯氧化物纳米保形涂层 抑制锂晶枝生成

伊利诺大学芝加哥分校（University of Illinois at Chicago）的研究人员与美国德州农工大学（Texas A&M University）的同事们采用3D石墨烯氧化物纳米保形涂层（3D conformal graphene oxide nanosheet coating，GOn），并将其置入玻璃纤维隔板（glass fiber separator）的织物结构内，允许锂离子在该结构内的灵活移动，同时抑制锂晶枝的形成。

 

 

　　其研究成果发布在期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）中，宣称锂金属电池阳极的使用寿命及稳定性得到了“显着提升（remarkably enhanced）”。从头算分子动力学（Ab initio molecular dynamics，AIMD）模拟结果表明，锂离子最初将被亲锂（lithiophilic GOn）吸收，然后通过缺损空位（缺位，defect sites）扩散，从而延迟锂（离子）迁移（Li transfer），旨在消除“末端效应（tip effect）”，防止生成均匀锂成核（homogeneous Li nucleation）。

 

　　同时，在AIMD模拟期间，碳碳键（C—C bonds）的破裂将创建更多的途径，加快锂离子传输的速度。此外，相场建模（phase-field modeling）证明，若GOn机械刚性涂层的缺陷尺寸（defect size）处于合适值时——小于25纳米，可阻止锂的各向异性生长（anisotropic growth）。该研究团队表示，相较于采用2D材料来抑制锂晶枝，其研究无疑迈进了一大步。

 

　　该项研究获得了美国国家科学基金会（National Science Foundation）授权的DMR-1620901及美国能源部授权的DE-EE0007766资金补助。