Single-Atom Iron as Lithiophilic Site To Minimize Lithium Nucleation Overpotential for Stable Lithium Metal Full Battery

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作者
Yawen Sun,Jinqiu Zhou,Haoqing Ji,Jie Liu,Tao Qian,Chenglin Yan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (35): 32008-32014 被引量:70
标识
DOI:10.1021/acsami.9b10551
摘要

High lithium nucleation overpotential on a lithiophobic matrix results in uncontrollable growth of lithium dendrites and thus restricts the wide application of lithium-metal batteries. Herein, the single-atom iron in a N-doped carbon matrix (FeSA-N-C) is first reported as a lithiophilic site to minimize Li nucleation overpotential from 18.6 mV to a very low value of 0.8 mV. Molecular dynamics simulations quantitatively confirmed the excellent affinity between Li ions and FeSA-N-C in the atomic level. Induced by the homogeneously distributed FeSA-N in the carbon substrate, uniform and stable metallic Li plating/stripping behaviors are realized and lithium dendrite growth is greatly suppressed. The proposed strategy of using single-atom iron as a lithiophilic site to minimize lithium nucleation overpotential opens a promising avenue for solving intrinsic problems of Li-metal-based batteries.

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