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Ionen-Teiler mit gleichmäßigen Poren und funktionalisierten Oberflächen zeigen erhebliches Potenzial zur Lösung von Li-Dendriten-Problemen in Li-Metall-Batterien. In dieser Studie werden Einzelmetall- und Stickstoff-co-dotierte Kohlenstoff-sandwichierte MXene (M-NC@MXene) Nanoschichten entworfen und hergestellt, die hochordentliche Nano-Kanäle mit einem Durchmesser von ≈10 nm besitzen. Die Experimente und rechnerischen Berechnungen bestätigten, dass die M-NC@MXene Nanoschichten Li-Dendriten auf mehrere Weisen eliminieren: (1) Umverteilung des Li-Ionen-Flusses über die hochgeordneten Ionenkanäle, (2) selektive Leitung von Li-Ionen und Verankerung von Anionen durch Dotierung mit Heteroatomen zur Verlängerung der Nukleationszeit für Li-Dendriten und (3) enges Versetzen auf einem typischen Polypropylen (PP) Separator, um den Wachstumsweg der Li-Dendriten zu blockieren. Mit einem Zn-NC@MXene-beschichteten PP-Teiler zeigt die assemblierte Li||Li symmetrische Batterie eine ultraniedrige Überpotential von ≈25 mV und eine Zyklenlebensdauer von 1500 h bei einer hohen Stromdichte von 3 mA cm-2 und einer hohen Kapazität von 3 mAh cm-2. Bemerkenswerterweise wird die Lebensdauer einer Li||Ni83 Beutelzelle mit einer Energiedichte von 305 Wh kg-1 um das Fünffache verbessert. Darüber hinaus zeigt die bemerkenswerte Leistung von Li||Li, Li||LiFePO4 und Li||Schwefel-Batterien das erhebliche Potenzial des gut gestalteten multifunktionalen Ionen-Teilers für weitere praktische Anwendungen.
He et al. (Mittwoch) untersuchten diese Frage.