SEI 형성을 앞지르는 패싯 리튬 다면체의 초고속 증착

Nature 620권, 86~91페이지(2023)이 기사 인용

30 알트메트릭

측정항목 세부정보

리튬(Li) 금속의 전착은 고에너지 배터리에 매우 중요합니다1. 그러나 고체 전해질 간기(SEI)2라고 불리는 표면 부식막의 동시 형성은 증착 공정을 복잡하게 만들어 Li 금속 전착에 대한 우리의 부족한 이해를 뒷받침합니다. 여기서 우리는 초고속 증착 전류 밀도3에서 SEI 형성을 앞지르는 동시에 대량 운송 제한을 피함으로써 서로 얽힌 두 프로세스를 분리합니다. 극저온 전자 현미경4,5,6,7을 사용하여 우리는 금속 Li의 고유 증착 형태가 마름모 12면체의 형태임을 발견했습니다. 이는 놀랍게도 전해질 화학 또는 집전체 기판과 무관합니다. 코인 셀 아키텍처에서 이러한 마름모꼴 십이면체는 전류 수집기와 거의 점 접촉 연결을 나타내며, 이는 비활성 Li 형성을 가속화할 수 있습니다8. 우리는 Li 마름모십이면체를 핵 생성 시드로 활용하여 이 실패 모드를 극복하고 기준선과 비교하여 배터리 성능을 향상시키는 조밀한 Li의 후속 성장을 가능하게 하는 펄스 전류 프로토콜을 제안합니다. Li 증착과 SEI 형성은 과거 연구에서 항상 밀접하게 연관되어 있었지만, 우리의 실험적 접근 방식은 서로 분리된 이러한 프로세스를 근본적으로 이해하고 더 나은 배터리를 설계하기 위한 새로운 통찰력을 가져올 수 있는 새로운 기회를 제공합니다.

구독 콘텐츠의 미리보기입니다. 기관을 통해 액세스하세요.

Nature 및 기타 54개 Nature 포트폴리오 저널에 액세스하세요.

최고의 가치를 지닌 온라인 액세스 구독인 Nature+를 받으세요

$29.99 / 30일

언제든지 취소하세요

이 저널을 구독하세요

51권의 인쇄본과 온라인 접속권을 받으세요

연간 $199.00

호당 단 $3.90

이 기사를 대여하거나 구매하세요

가격은 품목 유형에 따라 다릅니다.

부터$1.95

~$39.95

가격에는 결제 시 계산되는 지방세가 적용될 수 있습니다.

이 연구 결과를 뒷받침하는 데이터는 합리적인 요청에 따라 해당 저자에게 제공됩니다.

Liu, B., Zhang, J.-G. & Xu, W. 리튬 금속 배터리의 발전. 줄 2, 833–845(2018).

기사 CAS Google 학술검색

Peled, E. 비수성 배터리 시스템에서 알칼리 및 알칼리 토금속의 전기화학적 거동 - 고체 전해질 간기 모델. J. 전기화학. Soc. 126, 2047~2051(1979).

기사 CAS ADS Google 학술검색

Boyle, DTet al. 초미세 전극을 사용한 과도 전압전류법은 리튬 금속 양극의 전자 전달 역학을 보여줍니다. ACS 에너지 레트. 5, 701-709(2020).

기사 CAS Google 학술검색

Li, Y. et al. 극저온 전자 현미경으로 밝혀진 민감한 배터리 재료와 인터페이스의 원자 구조. 과학 358, 506–510 (2017).

기사 CAS PubMed ADS Google 학술검색

Li, Y. et al. 극저온 전자 현미경을 사용하여 원자 분해능에서 배터리 간기의 구조와 기능을 연관시킵니다. 줄 2, 2167~2177(2018).

기사 CAS Google 학술검색

Li, Y., Li, Y. & Cui, Y. Catalyst: cryo-EM이 차세대 배터리 개발을 어떻게 형성하는지. 화학 4, 2250-2252(2018).

기사 CAS Google 학술검색

Zhang, E. et al. 극저온 전자현미경 도구 상자를 확장하여 다양한 종류의 배터리 고체 전해질 간기를 공개합니다. iScience 25, 105689(2022).

기사 CAS PubMed PubMed Central ADS Google Scholar

Fang, C. et al. 리튬 금속 배터리의 비활성 리튬 정량화. 자연 572, 511–515 (2019).