热力学,粘附和化在/-氧化物接口:对于无阳极金属电池的相关性
Jeong Seop Yoon1, Daniel W Liao1, Samuel M Greene2
1Department of Mechanical Engineering, University of Michigan, 2350 Hayward Avenue, Ann Arbor, Michigan 48109, United States.
ACS applied materials & interfaces
|April 8, 2024
概括
在无阳极电池中的铜电流收集器上的金属板通常不均. 这项研究表明,氧化的形成阻止了均的,影响了电池的效率,并可能导致树突.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 计算材料科学科学 计算材料科学
背景情况:
- 使用 (Li) 金属阳极的可充电电池在充电时需要在电流采集器 (CC) 上进行均的涂层.
- 在无阳极电池设计中,涂层发生在铜 (Cu) 电流收集器上,但实验数据显示这可能是不均的,导致涂层效率低下和树形成.
研究的目的:
- 调查Li和Cu电流收集器上常见表面之间的接口的热力学和粘合性能,特别是Cu,氧化铜 (Cu2O) 和氧化 (Li2O).
- 了解无阳极电池中化的初始阶段,并确定导致运行低效的机制.
主要方法:
- 采用了第一原则计算的组合来建模接口属性.
- 利用滴实验来实验性地测量Li在不同表面上的湿行为.
主要成果:
- 第一个原则的计算预测了Cu和Cu2O表面都是性 (吸引Li).
- 滴实验证实了Li在原始Cu上湿,但不是在Cu2O上.
- 确定了一种自发的转化反应 (2 Li + Cu2O → Li2O + 2 Cu),形成电恐惧的 Li2O,并阻碍氧化 Cu 表面上均的 Li 湿.
结论:
- 在Cu电流收集器上存在表面氧化物,从而产生具有性 (Cu) 和性 (Li2O) 区域的异质基质.
- 由于氧化物转化反应的这种初始异质性显著影响涂装行为,并导致无阳极电池的低效率.
- 该研究提供了对早期涂工艺和无阳极电池系统性能限制背后的机制的关键见解.
