En luftstabil og vandtæt lithiummetalanode

Lithiummetalanode tilbyder en lovende vej til at opgradere energitætheden af ​​lithium-ion-batterier på grund af dens høje specifikke kapacitet (3800 mAh g-1) og lavspænding (-3,04 V vs. Li/Li+). Men sikkerhedsproblemerne forårsaget af dendritvækst og ustabilitet i luft forårsaget af dens høje kemiske aktivitet begrænser dens anvendelse i stor skala som elektrodemateriale. Lithiummetal er meget følsomt over for fugt og oxidative komponenter i luften, fører til dannelse af isoleringsprodukter som lithiumhydroxider på overfladen og den deraf følgende forringelse af den elektrokemiske ydeevne. I øvrigt, når lithium kommer i kontakt med vand, forbrænding og eksplosion kan opstå på grund af produktion af brint og varme. Følsomheden af ​​lithiummetal nødvendiggør derfor krævende krav til transporten, opbevaring og proces af lithiummetalanode. Det er derfor yderst ønskeligt at udvikle en luftstabil og vandtæt lithiummetalanode til potentiel brug i fremtiden.

På elektronikområdet, emballageteknologier beskytter elektroniske komponenter mod fysisk beskadigelse og korrosion i fugtig luft og vand med en belægning, som giver designimpuls til beskyttelse af lithiummetal. For nylig, et forskerhold ledet af prof. Quan-Hong Yang fra Tianjin University og prof. Wei Lv fra Tsinghua University udviklede en voks-PEO-coating til lithiummetaloverflader ved at bruge en simpel dyppebelægningsmetode til at realisere en luftstabil og vandtæt lithiummetalanode. Voks som et almindeligt anvendt inert forseglingsmateriale er let belagt på overfladen af ​​lithiummetal. Denne voksbaserede kompositbelægning forhindrer uønskede reaktioner af lithiummetal i luft og vand. I batterier, belægningen forsinker ætsningen af ​​elektrolyt til overfladen af ​​lithiummetalanoder, mens den homogent fordelte PEO garanterer ensartet lithiumionledning ved grænsefladen og hæmmer væksten af ​​lithiumdendritter.

Under beskyttelse af voks-PEO belægning, lithiumoverflader forbliver uændrede i luft med høj relativ luftfugtighed på 70 % i 24 timer, og høj kapacitetsretention på 85 % opnås. Selv straks at komme i kontakt med lithium med vand, ingen forbrænding eller kapacitetsnedgang skete. Den belagte lithiummetalanode forbliver stabil i så længe som 500 timer i symmetriske celler, og lithiumsvovlbatterier samlet med den belagte lithiummetalanode viser en lavkapacitetsnedbrydningshastighed på 0,075% pr. cyklus i 300 cyklusser. Dette arbejde demonstrerer en effektiv emballeringsteknologi til luftstabile og vandtætte lithiummetalanoder. Den er også let skalerbar og anvendelig til andre følsomme elektrodematerialer.