随着电动汽车和便携式电子设备的快速发展，人们对于高能量密度电池的需求急剧增加。因此，寻找低成本、高容量的电极材料（如：金属负极）对开发新一代可充电电池具有重要意义。然而，金属负极在电池合金/去合金反应过程中会出现体积膨胀和与电解质润湿能力差等缺点，进而导致不良的循环稳定性和倍率性能。设计纳米结构材料，复合结构材料是解决上述问题常见的策略。但是，基于电池结构方面的优化手段还很少被报道。
图1 多功能电极（ME）制备过程示意图。
近期，中国科学院深圳先进技术研究院唐永炳课题组等人设计了一种包含三维多孔隔膜和金属负极多功能型电极（ME），同时具备集流体、负极活性材料、隔膜三种功能，应用于双离子电池（DIB）中，表现出优越的电化学性能。此成果发表在国际期刊Adv.Funct. Mater.上。
图2 （a）在电流密度2C下，ME-DIB的恒流充放电曲线（ME-DIB软包电池点亮两个LED灯）；（b）ME-DIB的dQ/dV差分曲线；（c）在1，2，3，4，5和10C下，ME-DIB的充放电曲线；（d）ME-DIB的倍率性能图；（e）ME-DIB的循环性能图。
在双离子电池中，当电流密度为 1，2，3，4，5和10C时，比容量分别为110，107.7，101.7，101.5，101.1，88.8 mAh/g，当电流密度返至1C时，比容量返至初始值，体现了良好的倍率性能和可逆性。在电流密度2C下，循环1000次后，容量保持率为92.4%，体现了超长的循环稳定性。与此同时，多功能电极（ME）还表现出高能量密度。在166 W/kg下，能量密度为206 Wh/kg。对于多功能电极（ME）拥有如此优越的电化学性能，作者在文中作出如下解释：（1）3D多孔的隔膜不仅能提高电极吸收/保持电解液能力，而且起到抑制铝负极粉化的保护层作用；（2）隔膜与铝负极之间的整体接触有利于改善对电解质的润湿能力，从而提高反应动力学。该研究所提出电池设计理念，为开发高能量密度、低成本的新一代储能器件开辟了新的途径。
参考文献：
Songquan Zhang, Meng Wang, Zhiming Zhou, and Yongbing Tang. Multifunctional Electrode Design Consisting of 3D Porous Separator Modulated with Patterned Anode for High-Performance Dual-Ion Batteries. Adv. Funct. Mater. 2017,DOI:10.1002/adfm.201703035.
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