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舒杰/章理遠(yuǎn)AEM：通過(guò)隔膜緩釋LiNO3，抑制鉀金屬負(fù)極枝晶生長(zhǎng)

具有低成本、優(yōu)異機(jī)械性能的隔膜，如納米纖維材料，被認(rèn)為是解決堿金屬電池中枝晶問(wèn)題的可行選擇。消耗枝晶而不是阻擋它們是電池長(zhǎng)壽命穩(wěn)定循環(huán)性能的基礎(chǔ)。

圖1. LiNO₃@PVDF@mask隔膜的設(shè)計(jì)及表征

寧波大學(xué)舒杰、章理遠(yuǎn)等通過(guò)將含有LiNO₃的靜電紡絲層加入到掩模的內(nèi)襯中，制備了一種具有五層結(jié)構(gòu)的新型多功能隔膜（LiNO₃@PVDF@mask），其中掩模被用作框架，加載了LiNO₃的聚偏氟乙烯（PVDF）層可以通過(guò)與鉀枝晶反應(yīng)生成鈍化層。

以鉀金屬電池為例，LiNO₃@PVDF@mask隔膜具有優(yōu)良的機(jī)械性能，可以有效地應(yīng)對(duì)K枝晶帶來(lái)的危害。此外，持續(xù)釋放的LiNO₃可以與穿透的K枝晶反應(yīng)，形成KNO₃和K₂O等非活性物質(zhì)，阻止枝晶進(jìn)一步生長(zhǎng)。

圖2. 鉀金屬表面的XPS分析和枝晶抑制示意

因此，LiNO₃@PVDF@mask隔膜將用裸鉀金屬組裝的對(duì)稱電池的循環(huán)壽命延長(zhǎng)了近三倍，在更高的電流密度下完成了近3400次循環(huán)，并且所得軟包電池在彎曲狀態(tài)下也能正常工作。

此外，重要的是，LiNO₃@PVDF@mask隔膜采用了低成本的豐富掩膜，并且在減少液態(tài)電解液的情況下，擁有出色的電解液潤(rùn)濕性，這使得能夠進(jìn)一步解決成本問(wèn)題。

總體而言，這項(xiàng)研究開(kāi)辟了一個(gè)新的研究方向，有助于可充堿金屬電池的柔性器件的實(shí)際應(yīng)用。

圖3. 電化學(xué)性能研究

Mask-Based Separator with Sustained-Release LiNO3 as Dendrite Growth Barrier for Potassium Metal Battery. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300734

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