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Metal–Organic Framework-Derived ZnO, N Dually Doped Nanocages as an Efficient Host for Stable Li Metal Anodes

材料科学 纳米笼 阳极 化学工程 兴奋剂 寄主(生物学) 金属 金属有机骨架 纳米技术 电极 光电子学 冶金 吸附 物理化学 有机化学 化学 工程类 生态学 生物 催化作用
作者
Zilong Zhuang,Fumin Zhang,Dayakar Gandla,Vijaykumar V. Jadhav,Zhaoxi Liu,Liangsheng Hu,Fushen Lu,Daniel Q. Tan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (32): 38530-38539 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acsami.3c08766
摘要

The drastic volume expansion and dendrite growth of lithium metal anodes give rise to poor electrochemical reversibility. Herein, ZnO, N dually doped nanocages (c-ZNCC) were synthesized as the host for lithium metal anodes using the zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8). The synthesis is based on a two-step core@shell evolution mechanism, which could guide lithium deposition rapidly and offer a fast lithium-ion diffusion during the cycling process. Benefiting from the unique design, the as-obtained c-ZNCC can render a record short lithium infusion as low as 1.5 s, a stable lithium stripping/plating capability as long as 3000 h, and a voltage hysteresis of 95 mV when cycling at 10 mA cm-2 to 10 mA h cm-2. A low Tafel slope of 3.45 mA cm-2 demonstrates the efficient charge transfer of c-ZNCC-Li, and the galvanostatic intermittent titration technique measurement shows high diffusion coefficient of c-ZNCC-Li during the charging process. In addition, the LNMO||c-ZNCC-Li cell exhibits a capacity retention as high as 93.7% at 1 C after 200 cycles. This work creates a new design for deriving nanocages with dual lithiophilic spots using a metal-organic framework and carbon cloth for favorable Li metal anodes.
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