金属锂（Li）因其极高的理论比容量，以及最低的氧化还原电位而被吹捧为下一代可充电电池（例如，基于锂-硫、锂-氧化学）的终极负极解决方案。然而，锂基二次电池尚未商业化，主要原因是不可控的锂枝晶生长、电解液持续消耗、反复充放电过程中体积变化大等问题尚未解决。

近日，国家纳米科学中心李祥龙研究员提出了一种受叶脉启发的锂负极空间调制承载策略。所制备的具有自支撑毛细的低弯曲度碳质主体(CTC)由木质碳膜和垂直排列的微通道组成，微通道由随机的碳纳米纤维垫覆盖。

文章要点

1）这种设计允许以一种模仿叶脉“分工”的方式运作。一方面，低弯曲度的碳膜适应循环时的体积变化，同时，创建均匀的、直线的和直接的离子传输路径，从而允许在电极的长期范围内均匀和快速的锂离子传输，以及高速率的运行。另一方面，覆盖的碳纳米纤维毡在整个电极厚度的短期内具有很强的毛细性，增强了与电解液的亲和力。这使得碳纳米纤维垫能够作为大量均匀分布的局部微储层来支撑电解质，从而促进锂离子的均匀分布，并在高面积负载和高速率循环下均匀镀和剥离锂离子。这种空间分层的设计与以往文献中经常依赖于人工SEI层或3D主体表面亲锂功能的设计有着根本的不同。

2）实验结果表明，所制备的电极在高面负载（高达40 mAh cm^-2）和高电流密度（高达40 mA cm^-2）条件下表现出极好的循环稳定性，包括在30 mAh cm^-2的面容量和10 mA cm^-2的电流密度下进行稳定的无枝晶循环，过电位仅为30 mV，循环次数高达1080次。

这项研究有望为稳定的无枝晶锂金属负极提供一个范例，也可以为其他新兴的金属电池负极提供指导。

参考文献

Zhang et al., Spatially hierarchical carbon enables superior long-term cycling of ultrahigh areal capacity lithium metal anodes, Matter (2022)

DOI：10.1016/j.matt.2022.01.017

https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.01.017