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Powder metallurgical 3D nickel current collectors with plasma-induced Ni3N nanocoatings enabling long-life and dendrite-free lithium metal anode
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作者 Piao Qing Zhibin Wu +3 位作者 Yuejiao Chen Fengcheng Tang Hao Yang Libao Chen 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第9期149-157,I0005,共10页
Building three-dimensional(3D) current collectors is a promising strategy to surmount the bottlenecks of lithium metal anodes(LMAs), but the regulation methodology of a 3D current collector has seldom been considered ... Building three-dimensional(3D) current collectors is a promising strategy to surmount the bottlenecks of lithium metal anodes(LMAs), but the regulation methodology of a 3D current collector has seldom been considered comprehensively concerning both skeleton architectures and surface coatings. Herein, a robust porous 3D nickel skeleton(NS) with lithiophilic NiN nanocoatings(NiN@NS) is synthesized via an integrative route of powder metallurgy/plasma-enhanced nitridation technics. The facile powder metallurgical method facilitates the adjustment of NS architectures toward sufficient electrolyte adsorption and even current density distribution, while the followed plasma-enhanced chemical vapor deposition(PECVD) method can induce compact NiN nanocoatings on NS, which reduces the Li nucleation overpotential, accelerates the Li-ion transfer, and facilitates a highly reversible oriented texture of Li deposition morphology owing to the dense and homogenous deposition of Li into the pores. The optimized NiN@NS current collector shows a high averaged Coulombic efficiency(CE) of 98.8% over 350cycles, a prolonged lifespan of 1000 h(at 2 mA cm^(-2)) in symmetrical cells, together with the significant performance in full cells. The ingenious methodology reported in this work can also be broadly applicable for the controllable production of other 3D skeletons with nitride nanocoatings for various applications. 展开更多
关键词 3d current collector Ni3N Lithium metal anode Plasma Powder metallurgy
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3D打印技术在电化学储能电池中的研究进展
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作者 刘晓艺 李海波 马品 《西北工程技术学报》 CAS 2024年第3期206-213,共8页
储能问题是当今社会快速发展亟需解决的问题,电化学储能更是重中之重。然而,传统的一些电化学储能技术在建设和运行上成本较高,其储能时间和能量密度也有限,已无法满足现代社会对能源的高需求。因此,研究具有高能量密度和高质量负载的... 储能问题是当今社会快速发展亟需解决的问题,电化学储能更是重中之重。然而,传统的一些电化学储能技术在建设和运行上成本较高,其储能时间和能量密度也有限,已无法满足现代社会对能源的高需求。因此,研究具有高能量密度和高质量负载的新型电池是目前的首要任务。3D打印技术作为一种新型的,逐层叠加的,可实现复杂三维结构的成型技术,已被广泛关注和应用。与传统成型技术不同,3D打印技术拥有成本低、操作简单、效率高,以及易于定制等特点,为电化学储能电池的制备展现了广阔的发展前景。概述了常用的电化学储能3D打印技术、3D打印电池各组成部分(包括电极、集流器、电解质)、全固态电池中3D打印应用的材料,以及其电化学性能和应用效果。指出了3D打印电池目前的局限性,并十分期待未来的发展趋势,旨在为这一蓬勃发展的领域提供一些有价值的见解。 展开更多
关键词 3d打印技术 电池 电极材料 集流器 电解质 电化学性能
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三维多孔铜及表面修饰铋协同构筑无枝晶锂金属电极
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作者 王帅 孙雨涵 +7 位作者 高欣 宋瑞 赵铭钦 卢垚 鲍晓冰 罗巧梅 苟蕾 樊小勇 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期85-97,共13页
以化学镀制备的具有微米级三维(3D)多孔结构的3D多孔铜为基底,在其表面电沉积铋修饰层,构建了3D Cu@Bi;将其作为锂金属电极集流体.孔径约5μm的3D多孔结构具有高表面积,有利于降低局部电流密度,电流密度分布更均匀,其大容纳空间可缓解... 以化学镀制备的具有微米级三维(3D)多孔结构的3D多孔铜为基底,在其表面电沉积铋修饰层,构建了3D Cu@Bi;将其作为锂金属电极集流体.孔径约5μm的3D多孔结构具有高表面积,有利于降低局部电流密度,电流密度分布更均匀,其大容纳空间可缓解体积变化和释放应力,抑制锂枝晶生长.Bi的亲锂性促进了界面动力学,降低了形核过电位,增强了锂沉积/剥离的可逆性.在3D多孔结构和铋修饰层的协同作用下,锂金属沉积容量>4 mA·h/cm^(2)时,电极表面仍保持平整、光滑;由其组装的半电池经过200次循环后,库仑效率(CE)可保持在98.5%以上;由其组装的对称电池在电流密度为0.5 mA/cm^(2),面容量为1 mA·h/cm^(2)时,可稳定循环1500 h以上,循环100次后电极表面仍光滑、无枝晶;以磷酸铁锂为正极组装的LFP||3D Cu@Bi@Li全电池在1.0C倍率下经过200次循环后,显示出132 mA·h/g的高容量和约87.2%的容量保持率. 展开更多
关键词 锂电池 锂金属电极 三维多孔集流体 铋修饰层 无锂枝晶
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构建亲锂铜基3D集流体实现金属锂的均匀沉积 被引量:3
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作者 李锐 王浩 +5 位作者 付强 田子玉 王建旭 马小健 杨剑 钱逸泰 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期882-888,I0001,I0002,共9页
锂金属负极以其最高的理论比容量(3860m Ah·g-1)和最低的电化学电位(-3.04V(vs SHE))被誉为电池界的"圣杯"。但是锂金属电池的缺点也尤为明显:充放电过程中锂金属电池容易在负极不均匀沉积从而产生锂枝晶,锂枝晶的产生... 锂金属负极以其最高的理论比容量(3860m Ah·g-1)和最低的电化学电位(-3.04V(vs SHE))被誉为电池界的"圣杯"。但是锂金属电池的缺点也尤为明显:充放电过程中锂金属电池容易在负极不均匀沉积从而产生锂枝晶,锂枝晶的产生会造成固体电解质介面(SEI)膜的持续破裂,不稳定的SEI膜又会加剧锂枝晶的形成,进而刺穿隔膜,导致电池的循环性能下降,产生安全隐患,所以采取相应的措施在负极均匀沉积金属锂尤为重要。本研究使用商业化的铜网,通过碱性溶剂的氧化和空气气氛煅烧,在铜网表面形成均一的亲锂氧化铜纳米片阵列。铜网的3D结构可以有效减小电流密度,亲锂的纳米片阵列可以降低锂的沉积过电势,均匀沉积锂,有效抑制锂枝晶的产生。在电流密度为3mA·cm–2的半电池测试中,稳定循环230圈后库伦效率稳定维持在99%以上;搭配磷酸铁锂(LFP)全电池测试,在1C(0.17mA×mg-1)条件下可稳定循环300圈,容量保持率为95%。本研究为锂金属负极3D集流体的设计提供了新思路。 展开更多
关键词 3d铜基集流体 氧化铜纳米片阵列 表面修饰 锂金属负极 锂金属电池
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Cu@Cu_(2)S 3D集流体诱导锂金属均匀沉积 被引量:2
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作者 周亚州 张占领 +2 位作者 柳勇 张万红 任凤章 《材料热处理学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第7期53-60,共8页
为解决锂金属负极在循环过程中枝晶生长问题,本研究通过对黄铜网进行化学脱合金和硫化处理制备亲锂铜基硫化亚铜集流体来调控锂金属沉积。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及电化学分析等研究集流体对锂金属电池性能的影响。结果表... 为解决锂金属负极在循环过程中枝晶生长问题,本研究通过对黄铜网进行化学脱合金和硫化处理制备亲锂铜基硫化亚铜集流体来调控锂金属沉积。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及电化学分析等研究集流体对锂金属电池性能的影响。结果表明:在循环过程中硫化亚铜可以作为形核种子诱导锂金属均匀沉积,并提升电池性能;在电流密度为1 mA·cm^(-2)的半电池测试中,循环350圈后库伦效率稳定维持在98%以上;搭配磷酸铁锂进行全电池测试,在0.5 C电流密度下可稳定循环150圈,容量保持率78.3%。 展开更多
关键词 三维铜基集流体 硫化亚铜亲锂改性 无枝晶锂金属负极 锂金属电池 均匀沉积
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一种新型锂金属电池阳极3D碳纤维集流体 被引量:1
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作者 肖菊兰 陈涛 +2 位作者 陈英 刘洪利 李可为 《电源技术》 CAS 北大核心 2020年第1期21-23,共3页
将聚偏氟乙烯(PVDF)溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮混合溶剂中,静电纺丝,并进行碳化得到碳纤维(CF),用作锂(Li)金属电池阳极三维(3D)集流体。与传统的Cu集流体比较,它能为锂提供储存空间,增加锂成核点,降低电流密度,并为锂提供传输通... 将聚偏氟乙烯(PVDF)溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮混合溶剂中,静电纺丝,并进行碳化得到碳纤维(CF),用作锂(Li)金属电池阳极三维(3D)集流体。与传统的Cu集流体比较,它能为锂提供储存空间,增加锂成核点,降低电流密度,并为锂提供传输通道,减少循环过程中的体积变化,从而抑制锂枝晶的生长,提高锂金属电池的电化学性能。利用电子扫描电镜(SEM)对其进行锂沉积实验,发现CF上锂枝晶明显减少。对其进行电池性能测试,发现基于CF的集流体与传统铜集流体相比,其电池性能得到明显改善。 展开更多
关键词 PVDF 碳纤维 锂金属电池 3d集流体 锂枝晶
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Wire-Shaped 3D-Hybrid Supercapacitors as Substitutes for Batteries
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作者 Kyeong‑Nam Kang Ananthakumar Ramadoss +4 位作者 Jin‑Wook Min Jong‑Chul Yoon Deokjung Lee Seok Ju Kang Ji‑Hyun Jang 《Nano-Micro Letters》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第2期211-223,共13页
We report a wire-shaped three-dimensional(3D)-hybrid supercapacitor with high volumetric capacitance and high energy density due to an interconnected 3D-configuration of the electrode allowing for large number of elec... We report a wire-shaped three-dimensional(3D)-hybrid supercapacitor with high volumetric capacitance and high energy density due to an interconnected 3D-configuration of the electrode allowing for large number of electrochemical active sites,easy access of electrolyte ions,and facile charge transport for flexible wearable applications.The interconnected and compact electrode delivers a high volumetric capacitance(gravimetric capacitance)of 73 F cm−3(2446 F g−1),excellent rate capability,and cycle stability.The 3D-nickel cobalt-layered double hydroxide onto 3D-nickel wire(NiCo LDH/3D-Ni)//the 3D-manganese oxide onto 3D-nickel wire(Mn3O4/3D-Ni)hybrid supercapacitor exhibits energy density of 153.3 Wh kg−1 and power density of 8810 W kg−1.The red lightemitting diode powered by the as-prepared hybrid supercapacitor can operate for 80 min after being charged for tens of seconds and exhibit excellent electrochemical stability under various deformation conditions.The results verify that such wire-shaped 3D-hybrid supercapacitors are promising alternatives for batteries with long charge–discharge times,for smart wearable and implantable devices. 展开更多
关键词 Three-dimensional(3d)metal current collector Flexible hybrid supercapacitor Wire-shaped supercapacitor High energy density device Fast charging energy storage system
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碳基三维集流体在锂金属电池中的应用研究 被引量:1
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作者 张洒洒 周旭峰 +1 位作者 刘兆平 刘引烽 《电源技术》 CAS 北大核心 2022年第1期2-5,共4页
锂金属负极具有较高的理论比容量(3860 mAh/g)和较低的还原电势(-3.04 V vs.标准氢电势),被誉为最具发展潜力的负极材料,但是锂金属负极中的枝晶、死锂等问题阻碍了锂金属电池的商业化发展。针对锂金属负极中出现的问题,研究人员提出了... 锂金属负极具有较高的理论比容量(3860 mAh/g)和较低的还原电势(-3.04 V vs.标准氢电势),被誉为最具发展潜力的负极材料,但是锂金属负极中的枝晶、死锂等问题阻碍了锂金属电池的商业化发展。针对锂金属负极中出现的问题,研究人员提出了大量的解决方案,其中,三维集流体不仅可以降低电流密度,缓解枝晶生长,还可以容纳锂沉积/溶解过程中发生的体积变化。而碳基三维集流体更是因其稳定的化学性质和较小的密度受到了极大的关注。从碳基三维集流体的制备、改性以及对锂沉积/溶解的影响进行介绍,并对其发展进行了展望。 展开更多
关键词 锂金属二次电池 锂金属负极 枝晶 碳基三维集流体
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High rate and cycling stable Li metal anodes enabled with aluminum-zinc oxides modified copper foam 被引量:3
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作者 Songtao Lu Zhida Wang +5 位作者 He Yan Rui Wang Ke Lu Yingwen Cheng Wei Qin Xiaohong Wu 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第2期87-92,共6页
Metallic Li is a promising anode material for high energy density batteries but it suffers from poor stability and formation of unsafe dendrites. Previous studies demonstrated that 3 D metal foams are able to improve ... Metallic Li is a promising anode material for high energy density batteries but it suffers from poor stability and formation of unsafe dendrites. Previous studies demonstrated that 3 D metal foams are able to improve the stability of Li metal but the properties of these foams are inherently limited. Here we report a facile surface modification approach via magnetron sputtering of mixed oxides that effectively modulate the properties of Cu foams for supporting Li metal with remarkable stability. We discovered that hybrid Li anodes with Li metal thermally infused to aluminum-zinc oxides(AZO) coated Cu foams have significantly improved stability and reactivity compared with pristine Li foils and Li infused to unmodified Cu foams. Full cells assembled with a Li Fe PO4 cathode and a hybrid anode maintained low and stable charge-transfer resistance(<50) during 500 cycles in carbonate electrolytes, and exhibited superior rate capability(~100 m Ah g-1 at 20 C) along with better electrochemical reversibility and surface stability. The AZO modified Cu foams had superior mechanical strength and afforded the hybrid anodes with minimized volume change without the formation of dendrites during battery cycling. The rational construction of surface architecture to precisely control Li plating and stripping may have great implications for the practical applications of Li metal batteries. 展开更多
关键词 Composite Lianode Metal FOAMS Surface MODIFICATION Limetal BATTERIES 3d current collector
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锂离子电池集流体的研究进展 被引量:4
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作者 孙仲振 《云南化工》 CAS 2020年第8期11-14,共4页
锂离子电池的内阻直接影响电池的可靠性和循环寿命,这不仅取决于电池的四大主材,而且与集流体有关。集流体既是活性物质的载体,又是工作时产生的电流汇集的导体,形成较大的电流,提高锂离子电池充放电效率。综述了目前研究文献中锂离子... 锂离子电池的内阻直接影响电池的可靠性和循环寿命,这不仅取决于电池的四大主材,而且与集流体有关。集流体既是活性物质的载体,又是工作时产生的电流汇集的导体,形成较大的电流,提高锂离子电池充放电效率。综述了目前研究文献中锂离子众多集流体在锂离子电池中的最新研究进展。 展开更多
关键词 集流体 铜箔 铝箔 泡沫 3d多孔
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Highly elastic wrinkled structures for stable and low volume-expansion lithium-metal anodes 被引量:3
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作者 Wenwen Lu Huicong Yang +2 位作者 Jing Chen Chihang Sun Feng Li 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第11期2675-2682,共8页
Lithium(Li)metal is promising for high energy density batteries due to its low electrochemical redox potential and high specific capacity.However,the formation of dendrites and its tendency for large volume expansion ... Lithium(Li)metal is promising for high energy density batteries due to its low electrochemical redox potential and high specific capacity.However,the formation of dendrites and its tendency for large volume expansion during plating/stripping restrict the application of Li metal in practical scenarios.In this work,we developed reduced graphene oxide-graphitic carbon nitride(rGO-C3N4,GCN)with highly elastic and wrinkled structure as the current collector.Lithiophilic site C3N4 in GCN could reduce the nucleation overpotential.In addition,this material effectively inhibited electrode expansion during cycling.At the same time,due to its high elasticity,GCN could release the stress induced by Li deposition to maintain structural integrity of the electrode.Limetal anodes with GCN exhibited small volume expansion,high Coulombic efficiency(CE)of 98.6%within 300 cycles and long cycling life of more than 1700 h.This work described and demonstrated a new approach to construct flexible current collectors for stable lithium-metal anodes. 展开更多
关键词 lithium-metal anode 3d current collector high elasticity
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用于储锂电池的三维碳结构集流体 被引量:2
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作者 金松 季恒星 《中国科学:化学》 CAS CSCD 北大核心 2018年第9期1015-1026,共12页
三维碳结构材料具有轻质、优异的热学和电学性质,良好的机械性能和电化学稳定性等特点,用作电化学储能器件的集流体能够优化电极材料层中的导电网络同时缓解体积膨胀,实现电极能量密度、功率密度和循环稳定性的同时提升,在电化学储能领... 三维碳结构材料具有轻质、优异的热学和电学性质,良好的机械性能和电化学稳定性等特点,用作电化学储能器件的集流体能够优化电极材料层中的导电网络同时缓解体积膨胀,实现电极能量密度、功率密度和循环稳定性的同时提升,在电化学储能领域展现出了巨大的应用潜力.本文结合本课题组在碳材料方面的部分研究工作,概述了当前三维碳结构集流体在锂离子电池中的最新研究进展.根据三维网络结构基元之间的连接方式,从共价键组装和非共价键组装的三维碳网络两个方面进行了分类总结,并对碳集流体在锂离子电池中存在的问题及发展方向进行了阐述,从而为进一步设计和优化新型的三维碳结构集流体提供新思路. 展开更多
关键词 三维集流体 碳材料 锂离子电池
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三维铜基集流体的构筑及在锂金属电池中的应用 被引量:1
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作者 郭驰 张望 +3 位作者 涂吉 陈盛锐 梁济元 郭向可 《化学进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2022年第2期370-383,共14页
锂金属因其具有超高比容量(3860 mAh·g^(-1))以及较低的氧化还原电势(-3.04 V vs标准氢电极),被认为是下一代高能量密度二次电池的理想负极材料。然而“无宿主”的金属锂在金属/电解液界面层进行沉积/剥离,不可避免地会生长枝晶,... 锂金属因其具有超高比容量(3860 mAh·g^(-1))以及较低的氧化还原电势(-3.04 V vs标准氢电极),被认为是下一代高能量密度二次电池的理想负极材料。然而“无宿主”的金属锂在金属/电解液界面层进行沉积/剥离,不可避免地会生长枝晶,不仅使电极表面电流分布不均,同时可能会刺穿电池隔膜而导致电池短路。通过构造三维集流体/锂金属复合负极可以有效调控锂沉积行为并抑制枝晶生长,从而提升电池的库仑效率、循环寿命以及倍率性能,该领域近年来一直都是研究的热点。本文首先总结了基于三维集流体抑制锂枝晶的相关原理和模型;其次针对用于负极的铜基集流体,根据构成三维结构基底单元的维度,总结了三维铜基集流体的制备方法及其在锂金属负极保护方面的应用;最后,对三维集流体构造复合锂负极进行了总结和展望。 展开更多
关键词 锂金属 3d铜基集流体 枝晶 库仑效率
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