团队完成了用于锂金属阳极的功能化铜集电器的审查研究

锂金属作为下一代高能量密度电池的阳极材料显示出巨大的潜力。然而，锂电镀和剥离过程中出现的枝晶生长和体积波动巨大的问题会导致容量快速衰减和安全问题。

由于这些问题，锂金属负极尚未实现实际部署。功能化铜集电器显示出稳定锂金属阳极的潜力，同时提供易于制造、低成本以及与现有电池技术的良好兼容性。一组研究人员进行了一项审查研究，以全面概述铜基集电器。他们的工作阐明了对高能量密度锂金属电池集电器工程的批判性理解。

他们的综述研究发表在《纳米研究能源》杂志上。

该团队研究的集电器是充当锂金属电池和外部电路之间桥梁的组件。它们不仅收集电流并将其传输到外部电路，还支持锂金属的沉积和溶解。

在他们的审查中，研究团队重点关注与铜集电器在优化锂电镀和剥离行为方面的功能相关的设计原则和策略。他们还概述了尚未解决的关键问题以及未来的研究方向。

西北工业大学的YuhangLiu说：“功能化的铜集电器因其易于制造和良好的导电性而在稳定锂金属阳极方面表现出巨大的潜力。”

出于研究目的，该团队将功能化铜集电器分为三类：1)平面改性铜箔;2)3D立体铜箔;3)纳米结构3D铜基板。他们系统地总结了铜集电器的设计原则以及对锂沉积行为的相关机理见解。

该团队确定平面改性铜箔已经实现了锂电镀和剥离工艺的显着改进。对于3D结构铜箔，该团队得出结论，这些集电器在稳定锂成核和沉积方面取得了很大进展，尤其是在高电流密度和循环容量的条件下。借助纳米结构的3D铜基板，该团队确定可以获得具有长期稳定性和高倍率能力的无枝晶锂金属负极。

随着功能化铜集电器的开发，科学家们已经在锂金属负极的电化学性能方面取得了显着改善。然而，需要解决的障碍仍然存在，阻碍了锂金属负极的实际应用。研究团队指出了未来研究的几个方向。

这些建议的未来研究包括：1)动态监测铜基集电器内的锂电镀和剥离过程;2)极端条件下的锂沉积和剥离行为评估;3)从纽扣电池到软包电池的延伸和探索;4)基于功能化铜基集电器的无阳极锂金属​​电池。

“总而言之，功能化铜集电器在稳定锂电镀和剥离方面表现出高效，这保证了锂金属电池具有良好的电化学性能，”刘说。此外，由于其出色的导电性、稳健的结构稳定性和易于制造，功能化的铜基集电器还可以扩展到其他储能系统，如锂离子电池、钠离子或钠金属电池，或超级电容器。

展望未来，该团队希望实现无负极锂金属电池的实际应用。“我们开发功能化铜基集电器的最终目标是无枝晶锂生长、高度可逆的锂电镀和剥离以及超长循环寿命，”刘说。

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