Récemment, Des chercheurs de l'Université de Tsinghua ont proposé une matrice de graphène dopé à l'azote avec des groupes fonctionnels lithiophiles densément et uniformément répartis pour des anodes de lithium métal sans dendrite, parait dans la revue Angewandte Chemie Édition Internationale .

Étant donné que le lithium métal possède une capacité spécifique théorique très élevée (3860 mAh g-1) et le potentiel électrochimique négatif le plus faible (-3,040 V par rapport à l'électrode à hydrogène standard), le lithium métal est considéré comme le matériau d'électrode le plus prometteur pour les batteries à haute densité énergétique de nouvelle génération. Cependant, l'application des batteries au lithium métal n'est toujours pas en vue. « La croissance des dendrites de lithium a entravé le développement d'anodes métalliques au lithium, " a déclaré le Dr Qiang Zhang, l'auteur correspondant, une faculté au Département de génie chimique, Université de Tsinghua. « Les dendrites de lithium qui se forment au cours des cycles répétés de placage et de décapage au lithium peuvent non seulement induire de nombreux « Li mort » avec une perte de capacité irréversible, mais aussi provoquer des courts-circuits internes dans les batteries et d'autres problèmes dangereux."

"Nous avons découvert qu'un matériau lithiophile avec une bonne affinité métallique pour le lithium peut guider la nucléation du lithium métal. Par conséquent, la conception d'une matrice de placage au lithium avec une surface spécifique élevée et une surface lithiophile est logique pour une anode au lithium métal sûre et efficace, " a déclaré Xiao-Ru Chen, un étudiant de premier cycle à l'Université Tsinghua. "Nous avons donc utilisé une matrice de graphène dopée à l'azote avec des groupes fonctionnels contenant de l'azote densément et uniformément répartis pour guider la nucléation et la croissance du lithium métallique."

"Les groupes fonctionnels azotés sont des sites lithiophiles, confirmé par nos résultats de calculs expérimentaux et DFT. Le métal de lithium peut plaquer avec une nucléation uniforme pendant le processus de charge, suivi d'une croissance dans une morphologie sans dendrite. Alors que sur l'anode normale à base de feuille de Cu, les sites de nucléation sont dispersés, ce qui peut provoquer plus facilement la croissance des dendrites de lithium, " a déclaré Xiang Chen, un doctorat étudiant à l'Université Tsinghua.

Avec les fonctions azotées lithiophiles, la matrice de graphène dopé N peut réguler le processus de nucléation de l'électrodéposition de lithium. Par conséquent, des gisements de lithium métallique sans dendrite ont été obtenus. En outre, cette matrice montre des performances électrochimiques impressionnantes. L'efficacité coulombienne de l'électrode à base de graphène dopé N à une densité de courant de 1,0 mA cm-2 et une capacité de cycle de 1,0 mAh cm-2 peut atteindre 98 % pendant près de 200 cycles.

"Nous avons proposé une nouvelle stratégie basée sur la nucléation guidée par site lithiophile pour résoudre le défi difficile des dendrites dans cette publication, " a déclaré Qiang. " Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour étudier et contrôler la nucléation du lithium dans les batteries au lithium métal. Nous pensons que l'application pratique des anodes au lithium métal peut enfin être réalisée. tels que Li-S, Li-O2 et futures batteries Li-ion.