研究机构与人员:新加坡科技研究局Seh Zhi Wei高级科学家,浙江大学陆俊教授,美国休斯顿大学姚彦教授和韩国首尔国立大学Kisuk Kang教授等
主要研究内容与发现:
共性问题与差异: 所有金属负极均存在沉积不均匀问题,但形态各异。单价金属易生成枝晶状沉积物,而多价金属则倾向于形成片状或球状结构。
界面层特性: 由于高反应活性,金属负极会与电解质反应形成固体电解质界面膜(SEI)。单价金属的SEI以有机成分为主,利于离子传输;多价金属因阳离子电荷密度高,其SEI富含无机物,导致离子迁移困难。
设计原则:
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理想沉积形态: 应获得致密、均匀且具有特定晶向的沉积层。
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理想SEI: 需具备高离子电导率等通用特性,但化学组成需针对性设计(如单价金属需富氟无机SEI,多价金属需富氢有机SEI)。
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电解质策略: 单价体系宜采用高浓度或弱溶剂化电解质,多价体系则需强溶剂化、弱离子对电解质。
应用前景:该研究指出了不同金属负极的差异化应用场景:锂金属电池适用于长续航电动汽车,钠/钾金属电池适用于大规模储能,镁/钙/铝金属电池则适合极端环境应用。
原文链接:Yuanjian Li, Sonal Kumar, Gaoliang Yang, Jun Lu*, Yan Yao*, Kisuk Kang*, Zhi Wei Seh,The contrast between monovalent and multivalent metal battery anodes, Science, https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl5482