Recientemente, Investigadores de la Universidad de Tsinghua han propuesto una matriz de grafeno dopado con nitrógeno con grupos funcionales litiófilos distribuidos densa y uniformemente para ánodos de metal de litio sin dendrita. apareciendo en la revista Edición internacional Angewandte Chemie .

Dado que el metal de litio posee una capacidad específica teórica ultra alta (3860 mAh g-1) y el potencial electroquímico negativo más bajo (-3.040 V frente al electrodo de hidrógeno estándar), El metal de litio ha sido considerado como el material de electrodo más prometedor para las baterías de alta densidad de energía de próxima generación. Sin embargo, la aplicación de baterías de metal de litio aún no está a la vista. "El crecimiento de las dendritas de litio ha obstaculizado el desarrollo de ánodos de metal de litio, "dijo el Dr. Qiang Zhang, el autor correspondiente, una facultad en el Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Tsinghua. "Las dendritas de litio que se forman durante los ciclos repetidos de recubrimiento y decapado de litio no solo pueden inducir muchos 'Li muertos' con pérdida de capacidad irreversible, pero también provocan cortocircuitos internos en las baterías y otros problemas peligrosos ".

"Descubrimos que un material litofílico con buena afinidad por el litio metálico puede guiar la nucleación del metal litio. Por lo tanto, El diseño de una matriz de recubrimiento de litio con un área de superficie alta y una superficie litiófila tiene sentido para un ánodo de metal de litio seguro y eficiente, "dijo Xiao-Ru Chen, estudiante de pregrado en la Universidad de Tsinghua. "Así que empleamos una matriz de grafeno dopado con nitrógeno con grupos funcionales que contienen nitrógeno distribuidos de manera densa y uniforme para guiar la nucleación y el crecimiento del metal litio".

"Los grupos funcionales que contienen nitrógeno son sitios litiófilos, confirmado por nuestros resultados de cálculo experimental y DFT. Placa de lata de metal de litio con nucleación uniforme durante el proceso de carga, seguido de crecimiento hacia una morfología libre de dendrita. Mientras está en el ánodo normal a base de lámina de Cu, los sitios de nucleación están dispersos, que puede causar el crecimiento de dendrita de litio más fácilmente, "dijo Xiang Chen, un doctorado estudiante de la Universidad de Tsinghua.

Con los grupos funcionales que contienen nitrógeno litiófilo, la matriz de grafeno dopado con N puede regular el proceso de nucleación de la electrodeposición de litio. Como resultado, Se obtuvieron depósitos de metal de litio libres de dendrita. Adicionalmente, esta matriz muestra un rendimiento electroquímico impresionante. La eficiencia de Coulombic del electrodo a base de grafeno dopado con N a una densidad de corriente de 1,0 mA cm-2 y una capacidad de ciclo de 1,0 mAh cm-2 puede alcanzar el 98 por ciento durante casi 200 ciclos.

"Hemos propuesto una nueva estrategia basada en la nucleación guiada por un sitio litiófilo para resolver el difícil desafío de las dendritas en esta publicación, ", dijo Qiang." Se requieren más investigaciones para investigar y controlar la nucleación de litio en baterías de metal de litio. Creemos que la aplicación práctica de los ánodos de metal de litio finalmente se puede realizar ". El control del proceso de nucleación del recubrimiento de litio con una matriz litiófila ha arrojado una nueva luz sobre todas las baterías a base de metal de litio, como Li-S, Li-O2 y futuras baterías de iones de litio.