湖南眼科研究所所長是誰_廈門大學眼科中心任小軍
2024-06-1187次
近日，廈門大學材料學院王鳴生教授課題組在固態鋰金屬電池內部枝晶生長及短路機理的研究中取得重要進展，相關研究成果以“visualizing the fail**e of solid electrolyte under gpa-level interface stress induced by lithium eruption”為題，發表于《自然·通訊》(nat**e communications, 13, 5050)。
采用固態電解質（se）搭配鋰金屬負極的固態鋰金屬電池有望實現更高的能量密度和高安全性，因而受到了廣泛關注。然而，鋰枝晶滲透固態電解質導致的電池內部短路等問題仍然是制約固態電池發展的主要瓶頸。以往的研究表明，多晶電解質中的鋰枝晶生長主要源于其內部（如晶界）的電子電導；而單晶電解質則通常歸因于由表面**造成的電流和應力集中。相關的理論模型預示：單晶電解質的表面**小到一定臨界尺度以下可以抑制枝晶生長。這與實際情況常常不符。另外，如果推至極限情況，即一個接近無**的單晶電解質是否就可以抑制鋰枝晶的生長？盡管這是人們普遍的心理預期，但并沒有經過實驗驗證。此外，由于固態電解質被鋰金屬覆蓋，對其界面演變過程進行高時間和空間分辨率的直接觀察很困難，這嚴重阻礙了人們深入理解固態電解質的失效機理。
圖1 由于受到cu集流體和llzo強的機械束縛，局部高速噴發的li金屬可以產生極大的應力迫使llzo開裂和鋰枝晶滲透及短路
基于上述問題，王鳴生教授課題組利用原位透射電鏡（in-situ tem）構建了微型固態鋰金屬電池，深入表征了鋰金屬與固態電解質界面演化的動力學過程，揭示了鋰枝晶從界面的局部接觸點滲透固態電解質的機理。該研究采用有代表性的單晶石榴石固態電解質li6.4la3zr1.4ta0.6o12（llzo）作為研究模型，在tem中原位構建了可進行截面方向觀察的固態電池li|se界面。原位觀察表明：鋰金屬在界面處的沉積行為與其電化學機械（electrochemo-mechanical）應力息息相關，該應力的大小高度依賴于局部電流密度和機械約束。該研究工作揭示了：（1）即使是接近無**的llzo單晶顆粒也無法抵抗鋰沉積壓力，理論模擬顯示該壓力可能高達10gpa量級；（2）局部超高電流密度并不必然導致se的破裂，通過提升li|se界面處鋰離子/原子的輸運效率，llzo單晶可承受a·cm-2量級的局部電流密度。該工作所提出的快速釋放界面處質量/應力的原則為固態鋰金屬電池倍率性能的改善提供了重要思路。
該工作得到華中科技大學楊輝教授（共同通訊）及廈門大學**教授的支持和幫助。**第一作者為材料學院2020級博士生高浩文。研究工作得到國家自然科學基金（52172240, 12172143, 21935009）的資助。
**鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-022-32732-z
(來源：廈門大學 版權屬原作者 謹致謝意）
廈門大學眼科研究所(廈門大學眼科研究所所長)
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