ZUSAMMENFASSUNG Anodenfreie Lithium-Metall-Batterien (AF-LMBs) versprechen ultrahohe gravimetrische/volumetrische Energiedichten (> 400 Wh kg − 1 / 1000 Wh L − 1 ) und vereinfachte Anodenherstellung im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien, die auf Interkalationschemie basieren. Ihre praktische Umsetzung ist jedoch weiterhin von dendritischen Auswüchsen vom Substrat und einer raschen Depletion des Lithiumbestands betroffen, was sich insbesondere bei Ah-Skalen-Beuteln verstärkt. In dieser Studie wird ein Paradigmenwechsel durch eine multiskalige Grenzflächenstrategie innoviert, die die Kernbeschränkungen von AF-LMBs anspricht. Skalierbare Kationenaustausch- und mechanische Exfoliation erzeugen zunächst wenige-schichtige Lithium-Montmorillonit-Nanoschichten, die mit Polyacrylamidgel integriert sind und auf dem Polyethylenseparator (FMT-Li/PAM-PE) funktionalisiert werden. Der verbundene Separator verbindet somit hohe mechanische Festigkeit (204,4 MPa) und thermische Stabilität (3,4 N m − 1 über Wasserstoffbrückenbindung). Während des Bildungzyklus bei einem Stapeldruck von 0,5 MPa haftet der Verbundseparator eng an dem Cu-Substrat, das mit dem recycelten verbrauchten Graphit, das reich an lithophilen Defekten ist (SGR-Cu), modifiziert wurde, und etabliert den Festkörper-Li + -Diffusionspfad an der Separator-Anoden-Grenzfläche und mindert die Wechselwirkung von solvatierte Li +. In Verbindung mit einer dicht gepackten LiNi 0,8 Co 0,1 Mn 0,1 O 2 (3,6 mAh cm −2 ) Kathode erreicht der 1,0 Ah Beutel einen Kapazitätsrückhalt von 81,1 % über 200 Zyklen, gravimetrische/volumetrische Energiedichten von 453,3 Wh kg − 1 / 1183,2 Wh L −1 und eine extreme Leistungsabgabe von 1045,0 W kg − 1 . Über Einsichten in die multiskalige Ionenkontrolle hinaus eröffnet diese Grenzflächenstrategie auch die Machbarkeit über verschiedene Zellkonfigurationen hinweg (z. B. LiFePO 4 / Ni92 || Cu) und ermöglicht die hochgradige Kationdiffusion für das kommerzielle Prototyping von AF-LMBs.
Li et al. (Mi,) haben diese Frage untersucht.
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