电动汽车的繁荣需要高能量密度的电池，这在过去几十年里极大地改进了可充电锂基电池的阴极。

近日，德克萨斯农工大学Choongho Yu研究了使用传统/复合隔膜和/或多孔阳极时最终阳极（锂金属）失效的根本原因。

文章要点

1）提出了利用锂金属的可行路线。我们的操作和显微镜研究表明，穿过传统隔膜的Li⁺通量不均匀，导致优先镀锂/剥离。单独的多孔阳极容易被中等或高负载的阴极堵塞。

2）研究发现有必要寻求我们的隔膜和阳极对的协同作用，将离域的Li⁺输送到阳极，然后将锂金属均匀地镀在多孔阳极的大表面积上。聚合物复合隔膜含有固态电解质(SE)，可以提供大量的Li⁺穿过渗透SE和孔隙网络的通道。

3）有限元分析和比较测试揭示了均匀Li⁺通量与阳极电流密度降低之间的协同作用。复合隔膜具有致密且均匀的锂镀层，具有坚固的富含无机物的固体电解质中间相层。

4）多孔阳极降低了镀锂过程中的成核过电位和界面接触阻抗。LiFePO₄和Li[Ni_0.8Mn_0.1Co_0.1]O₂(NMC811)的全电池测试表现出显着的循环行为：第750次和第235次循环时容量保持率分别约为80%。高负载NMC811(4 mAh cm⁻²)全电池显示出最大电池级能量密度为334 Wh kg⁻¹和783 Wh L⁻¹。

这项工作提出了一种通过采用锂金属来提高能量密度的解决方案，考虑到最近传统阴极的不断进步，这可能是一个可行的选择。

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Jooyoung Lee, et al, Delocalized Lithium Ion Flux by Solid-State Electrolyte Composites Coupled with 3D Porous Nanostructures for Highly Stable Lithium Metal Batteries, ACS Nano, 2023

DOI: 10.1021/acsnano.3c04526

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c04526