锂枝晶的理解将有助于解开固态电池的耐久性问题

下一代锂电池与金属锂阳极和固体陶瓷电解质后可能会更近一步研究显示树突增长从陶瓷电解质的锂阳极和压裂过程分为两个阶段。工作为研究人员提供了有用的线索如何抑制并延长电池寿命。

今天商业锂电池石墨阳极使用有机电解液。锂离子减少,插入到石墨结构电池充电时,放电氧化和释放。查尔斯·梦露从英国牛津大学,将夹层阳极的发展描述为“革命性的发现”之一的现代锂电池的发展。金属锂是非常不稳定的——当你存款的液体看起来苔藓而不是一个平面的金属,这也是高活性,发生副反应和容量损失,”他解释说。然而,夹层阳极也有能力远低于纯锂阳极。

替换液体有机溶剂,具有离子导电陶瓷固体可能解决这两个问题:陶瓷应保持接口与金属锂电极的形状,应该减少副反应。然而,研究人员发现,卷须称为树突的锂从阳极向阴极通过致密陶瓷电解质。这些也形成液体电解质因为阳离子被吸引到最接近的电子源。然而,他们出现在一个陶瓷是令人费解。梦露描述锂的结构比钢更像冷黄油。“传统的想法是,软材料不会穿透硬材料,“梦露的牛津大学的同事彼得·布鲁斯说:“这是考试问题:这怎么可能?这样的树突可以断裂材料,导致短路。

之前的研究已经表明,锂沉积成小裂缝和孔隙的陶瓷可能导致树突的形成。在最新的研究中,然而,一个团队周围梦露和布鲁斯审查的过程将共同argyrodyte电解质锂硫磷氯纳入测试后电池和裂纹形成和传播实时使用operando x射线计算机tomorgraphy和其他多种成像技术。使用这些数据和广泛的造型,研究人员表明,断裂发生在两个阶段,与裂缝最初发生在毛孔。然而,一旦建立了裂缝,他们传播被拉开底部而不是切片的小费。

这可能会提供一些有用的线索发展更持久的电池固体电解质:“确定启动当地的机械性能在晶界断裂强度,而力学性能比决定了传播是断裂韧性,”布鲁斯解释道。尤其值得一提的是,研究人员发现,在高压短路的电池操作五次早:“通常认为应用堆栈细胞的压力是一件好事,唯一的问题是你需要更多的金属和体重,”他说,“我们这里显示的是,即使你可以生活开销,你不想要它。

在美国普林斯顿大学的材料科学家Kelsey Hatzell说工作的开始——双关语削弱这树突形成机制的非常不清楚。她说的argyrodytes只是一个类陶瓷电解质,尽管很常见:“下一步我想说有两种:首先是了解这是否是普遍固体电解质——我不认为是,第二个是了解这种机制的变化,当你有一个真正的夹层阴极。