ACS Nano：具有密度梯度的三维亚微米多孔电极用于增强电荷载流子传输

Nanoyu

2022-06-12

快充能力是锂离子电池（LIBs）的必备特性。为了克服在快速反应过程中由急剧的锂离子浓度梯度引起的容量下降，人们已经通过控制几何形状来开发具有定制的传输动力学的电极。然而，传统的电极制造工艺在精确控制和实现所需的孔网络和电极材料构型方面具有巨大的挑战。

近日，韩国科学技术院Seokwoo Jeon，南洋理工大学陈晓东教授提出了在深度方向上具有密度梯度的3D电极几何形状的设计原理，以解决电荷载流子传输问题。

文章要点

1）作为概念证明，通过一种近场纳米图案化（PnP）的可扩展光刻方法进行图案化获得3D集电器，通过电抛光精细控制孔隙率梯度。然后，研究人员将二氧化钛（TiO₂）涂覆在电极上，得到复合电极。

2）通过控制孔隙率在深度方向上减少的程度进一步展示了不同的梯度，并将它们应用于LIB负极以比较它们的传输能力。因此，具有可控密度梯度的3D复合电极的载流子传输电阻降低了204 Ω（降低了25.9%），电极极化变化从0.858 减小到0.694 V，在20 A g⁻¹（59.7 C，1 C=335 mA g⁻¹）下，比容量达到了12.3倍。

这种基于结构工程的3D密度梯度电极为发展高倍率电池提供了一种设计策略。

参考文献

Gayea Hyun, et al, Three-Dimensional, Submicron Porous Electrode with a Density Gradient to Enhance Charge Carrier Transport, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c03480

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c03480