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A 3D Lithiophilic Host for Dendrite-Free Lithium Metal Anode via One-Step Carbonization of an Energetic Metal-Organic Framework
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2023-10-19 , DOI: 10.1002/smll.202306187 Manrong Song 1 , Yang Li 2 , Lei Gao 3 , Ruo Zhao 1 , Yifan Xu 2 , Songbai Han 2 , Jinlong Zhu 2 , Liping Wang 2 , Yusheng Zhao 4
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2023-10-19 , DOI: 10.1002/smll.202306187 Manrong Song 1 , Yang Li 2 , Lei Gao 3 , Ruo Zhao 1 , Yifan Xu 2 , Songbai Han 2 , Jinlong Zhu 2 , Liping Wang 2 , Yusheng Zhao 4
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Low Coulombic efficiency (CE) and safety issues are huge problems that hinder the practical application of Li metal anodes. Constructing Li host structures decorated with functional species can restrain the growth of Li dendrites and alleviate the great volume change. Here, a 3D porous carbonaceous skeleton modified with rich lithiophilic groups (Zn, ZnO, and Zn(CN)2) is synthesized as a Li host via one-step carbonization of a triazole-containing metal-organic framework. The nano lithiophilic groups serve as preferred sites for Li nucleation and growth, regulating a uniform Li+ flux and uniform current density distribution. In addition, the 3D porous network functions as a Li reservoir that provides rich internal space to store Li, thus alleviating the volumetric expansion during Li plating/stripping process. Thanks to these component and structural merits, an ultra-low overpotential for Li deposition is achieved, together with high CE of over 99.5% for more than 500 cycles at 1 mA cm−2 and 1 mAh cm−2 in half cells. The symmetric cells exhibit a prolonged cycling of 900 h at 1 mA cm−2. The full cells by coupling Zn/ZnO/Zn(CN)2@C-Li anode with LiFePO4 cathode deliver a high capacity retention of 94.3% after 200 cycles at 1 C.
中文翻译：
通过高能金属有机骨架的一步碳化制备无枝晶锂金属阳极的 3D 亲锂主体
低库仑效率（CE）和安全问题是阻碍锂金属负极实际应用的巨大问题。构建用功能物质装饰的锂主体结构可以抑制锂枝晶的生长并缓解巨大的体积变化。在此，通过含三唑金属有机骨架的一步碳化，合成了用丰富的亲硫基团（Zn、ZnO和Zn(CN) 2 ）修饰的3D多孔碳质骨架作为Li主体。纳米亲锂基团作为Li成核和生长的优选位点，调节均匀的Li +通量和均匀的电流密度分布。此外，3D多孔网络充当锂储存库，提供丰富的内部空间来储存锂，从而减轻锂沉积/剥离过程中的体积膨胀。由于这些组件和结构优点，实现了锂沉积的超低过电势，以及半电池中1 mA cm -2和1 mAh cm -2下超过500次循环的超过99.5%的高CE。对称电池在1 mA cm -2下表现出900小时的延长循环。通过将 Zn/ZnO/Zn(CN) 2 @C-Li 阳极与 LiFePO 4阴极耦合的全电池，在 1 C 下循环 200 次后，容量保持率高达 94.3%。
更新日期：2023-10-19
中文翻译：
通过高能金属有机骨架的一步碳化制备无枝晶锂金属阳极的 3D 亲锂主体
低库仑效率（CE）和安全问题是阻碍锂金属负极实际应用的巨大问题。构建用功能物质装饰的锂主体结构可以抑制锂枝晶的生长并缓解巨大的体积变化。在此，通过含三唑金属有机骨架的一步碳化，合成了用丰富的亲硫基团（Zn、ZnO和Zn(CN) 2 ）修饰的3D多孔碳质骨架作为Li主体。纳米亲锂基团作为Li成核和生长的优选位点，调节均匀的Li +通量和均匀的电流密度分布。此外，3D多孔网络充当锂储存库，提供丰富的内部空间来储存锂，从而减轻锂沉积/剥离过程中的体积膨胀。由于这些组件和结构优点，实现了锂沉积的超低过电势，以及半电池中1 mA cm -2和1 mAh cm -2下超过500次循环的超过99.5%的高CE。对称电池在1 mA cm -2下表现出900小时的延长循环。通过将 Zn/ZnO/Zn(CN) 2 @C-Li 阳极与 LiFePO 4阴极耦合的全电池，在 1 C 下循环 200 次后，容量保持率高达 94.3%。
京公网安备 11010802027423号