固态电解质界面（SEI）是影响锂金属在锂离子电池中沉积剥离行为的关键部分。近期大量研究表明，氢化锂（LiH）是锂金属表面SEI的主要物质。然而，LiH具有脆性高和导电性差的特点，因此，连续生成的LiH被普遍认为是破坏锂金属负极循环稳定性的主要原因。近日，复旦大学材料科学系余学斌团队首次发现并揭示了LiH的锂离子传输机制，并证明LiH在提高锂金属负极循环稳定性的重要作用。相关成果于1月21日以“Identifying the Positive Role of Lithium Hydride in Stabilizing Li Metal Anodes”为题发表在《科学进展》（Science Advances, 2022, 8, eabl8245）。

图1. (a-c) MgH2@G的形貌分析，(d) LiMg-LiH@G的制备过程示意图。

        研究团队基于多年来在金属氢化物储氢领域的研究基础，首先可控制备出石墨烯支撑的氢化镁(MgH2)纳米颗粒，通过对锂金属和MgH2@G (图1a-c)进行混合辊压以及加热反应处理 (图1d)，将石墨烯支撑的氢化锂 (LiH)纳米颗粒均匀分散在LiMg固溶体合金中 (LiMg-LiH@G)。计算和实验结果表明，Li在LiH表面的扩散能垒明显低于LiMg/LiMg界面，有助于实现锂离子的快速传输 (图2a-d)。此外，借助于氢原子的低电负性，LiH/LiMg界面会产生大量的内建电场，可进一步促进Li从LiH表面到LiMg合金内部的快速输运，从而实现快速且均匀稳定的锂沉积。相比于无LiH的对比样品 (LiMg-G)，LiMg-LiH@G的锂离子扩散系数提升了近10倍 (图2e-g)。

图2. Li分别在Li3Mg7/Li3Mg7和LiH/Li3Mg7界面处的 (a, c)扩散路径和 (b，d)扩散能垒；(e) LiMg-LiH@G和LiMg-G的锂离子扩散系数； (f, g) 基于LiMg-LiH@G的全电池性能。

        余学斌课题组博士研究生张虹宇为该文章第一作者，夏广林青年研究员和余学斌教授为共同通讯作者，该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金杰出青年基金、面上和重点基金等项目的支持。
      论文链接：https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/sciadv.abl8245

纳米修饰改善MgH2及其衍生物材料的储锂性能研究
批准号        51971065       
学科分类        金属能源和环境材料 ( E010504 )
项目负责人        余学斌       
依托单位        复旦大学
资助金额        60.00万元       
项目类别        面上项目       
研究期限        2020 年 01 月 01 日 至2023 年 12 月 31 日

余学斌ACS Nano：尺寸控制的中空硫化镁纳米晶实现优异储锂性能

MgS凭借其低氧化还原电势、高理论容量和丰富的原料来源成为一类有代表性的转化反应/合金化反应负极材料。在本文中，研究人员通过金属氢化物框架策略，将尺寸控制的中空MgS纳米晶体均匀地分布在石墨烯上，并将其用作锂离子电池负极材料。MgS纳米晶的中空结构归功于Kirkendall效应以及硫化过程中氢原子从金属氢化物框架中的逃离。由此制备的MgS复合材料表现出坚固的纳米结构和令人满意的相互作用，这确保其能够高效完成锂化/脱锂化过程，优化了合金化反应与转化反应的双重动力学过程，诱导产生了协同的赝电容储锂贡献。

Zhang B, Xia G, et al. Controlled-SizeHollow Magnesium Sulfide Nanocrystals Anchored on Graphene for Advanced Lithium Storage[J]. ACS Nano, 2018.

DOI:10.1021/acsnano.8b07770

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b07770