近日，我所二维材料与能源器件研究组（DNL21T3）吴忠帅研究员团队发展了一种三维高导电、亲锂性的MXene/石墨烯多孔气凝胶新材料，并将其应用于高锂载量、高容量、无枝晶金属锂负极，获得了高比能、长寿命锂金属电池。
金属锂具有超高质量理论比容量（3860 mAh g-1）和最低的氧化还原电压（-3.04 V vs. SHE），被认为是一种非常有应用前景的高比能锂电池负极材料。但由于其存在不可控的锂枝晶、死锂，以及充放电过程锂金属体积膨胀等问题，导致锂金属循环性能差，安全性能低，限制了锂金属负极在高比能锂金属电池中的实际应用。因此，如何在保持锂金属超高容量的同时，抑制锂枝晶的生长，实现均匀的锂沉积，并延长其循环寿命是目前锂金属电池应用研究的瓶颈之一。
该团队开发出一种三维MXene/石墨烯多孔气凝胶材料，并将其用作锂金属的载体，成功构筑出柔性的、高锂载量（3560 mAh g-1）的金属锂负极复合材料。该三维MXene/石墨烯气凝胶材料具有高比表面积（259 m2 g-1）、优异导电性、良好的亲锂性能，实现了高的库伦效率（99%），显著提高了金属锂负极的循环稳定性（2700 h），远高于目前文献中报道值。重要的是，将该锂金属负极应用到锂硫、锂/钛酸锂全电池中，都表现出高的比容量、优异的循环稳定性和倍率性能。这种三维高导电亲锂网络结构的设计策略为构建高能量密度、长循环寿命的锂金属电池提供了新的思路。
上述工作得到了国家重点研发计划、中科院洁净能源创新研究院等项目的资助。相关研究成果发表在《美国化学会·纳米》(ACS Nano)上。(文/图 石浩东、侯晓城）
