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固态电池新突破!中科院深圳先进院破解锂枝晶生长难题

olivia chan

近年来,各大电动汽车厂商都在争相研发固态电池。美国科学院院士王朝阳之前曾表示,尽管电动汽车的未来将向固态锂电池过渡,但相信要到2030年之后才能实现固态电池的量产。树枝状晶体在陶瓷锂导体中的渗透严重限制了固态电池(SSB)的发展,而其纳米尺度的起源仍未阐明。

日前,中国科学院深圳先进技术研究院材料所光子信息与能源材料研究中心基于导电原子力显微镜(c-AFM)开发了一种原位纳米电化学表征技术,以揭示局部枝晶生长动力学。

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团队使用Li 7 La 3 Zr 2 O 12(LLZO)作为模型系统,观察到明显的局部不均匀性,与晶粒内部相比,晶粒边界处的枝晶触发偏差降低了100倍。局部弱化的根源是指弹性模量和锂通量绕线的纳米级变化。离子导电聚合物的均化层被设计其实现的1.8毫安cm的高临界电流密度-2和14Ωcm的低界面电阻2。基于LiFePO 4阴极的实用SSB可以稳定循环300次以上。除此之外,使用c-AFM电极还发现了LLZO中高度可逆的电化学枝晶修复,基于该电极,模型记忆忆阻器的开/关比高达≈10 5演示了> 200个周期。

该研究揭示了电极截面微尺度涨落对锂枝晶生长的诱导机制,并在此基础上设计了界面阻隔层,阻断了枝晶的生长,提升了固态电池性能。团队还发现了锂枝晶在固态电解质中的忆阻特性,并基于此设计了新型忆阻器,为下一代类脑计算芯片的硬件实现提出了新思路。这项工作不仅为研究和设计固态电池中的界面提供了一种新颖的工具,而且还为固体电解质提供了超越能源应用的机会。

论文链接:

https://doi.org/10.1002/aenm.202003811


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