北京
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研究内容
铜(Cu)金属以其较高的理论比容量(844 mAh g-1)、良好的环境相容性和地球储量高的特点成为一种极具吸引力的水基可充电电池负极材料。然而，Cu负极在充放电过程中沉积/剥离可逆性差，沉积不均匀，降低了水相铜金属电池的寿命。
天津理工大学刘丽丽教授和南开大学牛志强教授开发了一种晶格匹配策略来实现高度可逆的铜金属负极，其中与铜晶格匹配程度高的镍基被选择来支持铜负极。基于镍衬底负载的铜阳极，完整的电池与二氧化铅阴极配对显示出稳定的循环行为。相关研究工作以 “A Lattice Matching Strategy for Highly Reversible Copper Metal Anodes in Aqueous Batteries”为 题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。
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研究要点
要点1.在该晶格匹配策略中，Ni衬底与Cu负极的晶格匹配度高，可在Cu和Ni衬底之间形成了一个完全连贯的界面，其中Cu原子可以很容易地与Ni原子相互作用，沿着基底层生长，使铜阴极具有高的沉积/剥离可逆性、低的成核过电位以及均匀致密的电沉积在Ni基材上。
要点2.Cu原子在Ni基体上具有较低的吸附能和扩散势垒，这使得Cu在Ni基体上电沉积均匀致密，避免了枝晶的形成。
要点3.铜阴极具有高的CE(~99.4%)、低的成核过电位和优异的速率性能，具有稳定的循环性能。基于镍衬底负载的铜阴极，组装完整的电池可提供了1.27 V的高工作电压和稳定的循环行为。
该研究为水相可充电电池中高性能铜电极的设计提供了一条途径。
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研究图文
图1. 不同导电基底上电沉积铜的结构与理论分析。
图2. 铜在不同导电基体上的生长形貌。
图3. 铜在不同导电基板上的电化学性能。
图4. Cu||PbO2电池的电化学性能。
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文献详情
A Lattice Matching Strategy for Highly Reversible Copper Metal Anodes in Aqueous Batteries
Haixia Cai, Songshan Bi, Rui Wang, Lili Liu,* Zhiqiang Niu*
Angew. Chem. Int. Ed.
DOI: 10.1002/anie.202205472
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