エネルギー科学：SEI形成速度を上回ることによるファセット付きリチウム多面体の超高速析出

リチウム（Li）金属の電析は、高エネルギー電池に極めて重要である。しかし、この析出過程は、固体電解質界面（SEI）と呼ばれる表面腐食膜が同時に形成されるために複雑化し、これが、Li金属の電析に関する理解の乏しさの根拠となっている。今回我々は、超高速析出が起こる電流密度においてSEI形成速度を上回ると同時に質量輸送限界も回避することよって、これらの絡み合った2つの過程を切り離した。我々は、クライオ電子顕微鏡法を用いることによって、金属Liの固有の析出形態が菱形十二面体であることを見いだした。この形態は意外にも、電解質化学や集電体基板と無関係であった。コインセル構造では、こうした菱形十二面体は集電体と点接触に近い接続性を示し、これが不活性なLiの形成を加速し得る。我々は、Li菱形十二面体を核形成シードとして利用することによってこの故障モードを克服する、パルス電流プロトコルを提案する。これによって、その後の高密度Liの成長が可能になり、電池性能が基準値以上に向上した。以前の研究ではLi析出とSEI形成は常に密接に関連していたが、我々の実験的手法は、これらの過程を互いに切り離して根本的に理解し、より優れた電池を設計するための新たな知見を得る新たな機会をもたらす。

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