An Ultrastrong Double-Layer Nanodiamond Interface for Stable Lithium Metal Anodes

法拉第效率 材料科学 锂(药物) 阳极 图层(电子) 接口(物质) 电化学 化学工程 纳米技术 复合材料 化学 电极 物理化学 内分泌学 毛细管作用 工程类 医学 毛细管数
作者
Yayuan Liu,Yan‐Kai Tzeng,Dingchang Lin,Allen Pei,Haiyu Lu,Nicholas A. Melosh,Zhi‐Xun Shen,Steven Chu,Yi Cui
出处
期刊:Joule [Elsevier BV]
卷期号:2 (8): 1595-1609 被引量:178
标识
DOI:10.1016/j.joule.2018.05.007
摘要

Effective stabilization of lithium metal has been hindered by the exacting requirements for the protection layer. Among all materials, the mechanical strength and electrochemical inertness of diamond is a prime candidate for lithium stabilization. Herein, we successfully rendered this desirable material compatible as lithium metal interface, which strictly satisfied the critical requirements. Our interface possessed the highest modulus among all the lithium coatings (>200 GPa), which can effectively arrest dendrite propagation. Since pinholes are the major failure mechanisms of artificial interfaces, a novel double-layer design was proposed to enhance the defect tolerance, enabling uniform ion flux and mechanical properties as confirmed by both simulation and experiments. Thanks to the multifold advantages of our interface design, high Coulombic efficiency of >99.4% was obtained at 1 mA cm−2; and more than 400 stable cycles were realized in prototypical lithium-sulfur cells with limited lithium, corresponding to an average anode Coulombic efficiency of >99%.
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