3D碳主体可以使低应力锂金属负极（LMAs）具有改善的结构和界面稳定性。然而，由于固有的差的Li亲和力和碳支架的有限孔隙率导致的不均匀的Li+通量和大的浓度极化，使得精确控制Li镀/剥离仍然是高性能LMAs面临的关键挑战之一。
近日，东北师范大学吴兴隆教授报道了将一种由平行排列的多孔碳纤维交联而成的轻质碳支架（PAPCFs）成功开发用于构建高度稳定和耐温的锂碳混合负极（HLCA）。
文章要点
1）多物理场模拟结果表明，与普通碳纤维相比，平行排列的碳纤维能更有效地均匀电场和Li+通量分布。此外，PAPCFs具有高比表面积（SSA）（522 m2 g-1）的多孔特性，极大地降低了碳表面的有效电流密度，导致Li+电化学还原动力学变慢，从而缓解了电极界面附近的浓差极化，形成了均匀稳定的SEI层。得益于排列方式和稳定的SEI层的协同作用，PAPCF具有优异的结构和界面稳定性，即使在低温条件下也可以实现均匀的Li成核/生长。
2）基于PAPCFs的HLCA具有高达15 mA h cm-2的高Ca、超长寿命（4 mA cm-2下的4 800次循环）、极低的电压滞后（21 mV）和实际可用的比容量（Cs，863.9 mA h g-1）。作为概念应用，研究人人员通过将HLCA与商用LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2（NMC111）正极和普通碳酸盐有机电解质相耦合，获得了一种可提供超长寿命和低温(LT)工作的LMBs。
本研究不仅提出了一种先进的碳载体候选材料，而且为实际可行的可充电金属电池碳支架的关键设计原则提供了新的思路。
参考文献
Chao-Ying Fan, et al, Homogeneous Li+ Flux Distribution Enables Highly Stable and Temperature-T olerant Lithium Anode, Adv. Funct. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adfm.202102158
https://doi.org/10.1002/adfm.202102158
