锂（Li）正迅速成为下一代储能设备最具吸引力的阳极选择。最近发表在《Carbon》杂志上的一项研究侧重于创造一种由氟化石墨烯制成的双功能阳极，用于无枝晶石，高效的锂金属电池。
研究：氟化石墨烯作为双功能阳极，实现无枝晶和高性能的锂金属电池。图片来源：New Africa/Shutterstock.com
锂金属电池（LMB）面临的挑战
锂离子电池（LIB）的主要问题是提高其能量密度，以满足不断增长的电力存储需求。不幸的是，LIB的能量密度正在以适度的速度提高。由于其优异的能量密度，引入了锂金属电池来解决这个问题;但是，这些电池也具有某些固有的局限性。
固体电解质间期（SEI）的产生，伴随着Li在循环过程中的分裂，剥离和显着的体积变化，导致连续的电解质和可及的锂耗尽。因此，短路问题和较低的体积以及较差的稳定性使锂金属电池不适合实际应用（LMB）。
破坏分离器的枝晶发展会导致短路引起的热不稳定。SEI的分解和树突状发育的增殖最终导致库仑效率（CE）的大幅下降。为了解决这些问题，目前的研究工作集中在开发用于LMB的新型负极材料上。
用于无枝晶低密度纤维的氟化碳材料
石墨烯由于其独特的性质，如强大的物理强度和化学弹性，具有作为锂基底和人造固体电解质间期（ASEI）的巨大潜力，以提高LMB的有效性。然而，由于石墨烯的大表面积，高电解质消耗以及SEI困难的产生，库仑效率和循环稳定性受到限制，
制造无枝晶LMB的有效而实用的方法是使用氟化碳材料作为负极材料，如氟化纳米颗粒，氟化石墨烯和氟化多孔炭。
关于更好的性能是由于三维结构（Li主体）还是建议的SEI改性（氟化碳材料）而存在争议。虽然目前的研究表明，富集层提高了LMB的有效性，但仍有一些问题需要解决，例如速率有效性，耐久性和Li沉积的均匀性。+
当前研究的亮点
在这项工作中，使用氟化电催化去角质石墨烯（F-ECG），研究人员提出了一种独特的用于LMB的双功能涂层材料。溶剂热方法用于合成F-ECG，然后通过电泳沉积（EPD）程序将其涂覆在铜（Cu）上。
用于为LMB创建新阳极的简单程序是无粘合剂和可扩展的。采用扫描电子显微镜评价F-ECG的结构， 采用拉曼光谱法研究其晶体结构.利用原子力显微镜（AFM）捕获F-ECG片的形态和纹理以评估其厚度。
研究的重要发现
F-ECG涂层表面作为锂形成基板，限制了电镀/剥离循环期间的体积变化，从而实现了出色的物理鲁棒性和延长的循环稳定性。
此外，F-ECG的涂层在ASEI钝化层的生长中起着重要作用，防止死锂的产生，死锂会降低LMB的有效性。SEI氟化锂（LiF）物种在循环过程中作为Li和CF（氟碳）的副产物产生，显示Li生长具有减少的成核过电位和无枝晶界面。
与对照标本（原始ECG包被的Cu）相比，ECG上的SEI包含的氟产物要少得多，这些氟产物纯粹由电解质相互作用产生。当制造的阳极材料用于燃料电池时，它在70次循环后保留了高达72%的容量。
未来展望与展望
使用F-ECG作为改性剂创建双功能涂层可显着提高功能电极的长期耐久性，为实现潜在的LMB开辟道路。
这项研究为在LMB中实现新材料作为阳极富集涂层表面提供了一种革命性的方法，展示了高性能LMB在电动汽车，消费电子和智能家电等应用中的巨大前景。
参考
Jamaluddin, A. et al. (2022). Fluorinated graphene as a dual-functional anode to achieve dendrite-free and high-performance lithium metal batteries. Carbon. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622322004535?via%3Dihub
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