電池：二軸応力を受ける固体電解質におけるデンドライトの発生と偏向

リチウム（Li）金属固体電池は、Liイオン電池と比較して高いエネルギー密度と優れた安全性という利点をもたらす。しかし、固体電池は低充電速度（1 mA cm⁻²未満）であっても、Liデンドライトの発生と伝播に起因して短絡を生じ、故障する。デンドライトの発生場所については、特に固体電解質の内部と表面のどちらで発生するのかについて、議論がある。今回我々は、面内二軸圧縮法を開発し、表面発生機構がセルを短絡させる経路として無効化されている場合に、デンドライトの発生が、長期サイクル中にガーネット型Li_6.6La₃Zr_1.6Ta_0.4O₁₂固体電解質の内部で起こることを示す直接的な証拠を得た。二軸圧縮は、デンドライトの伝播を電場の向きに対して垂直になるよう偏向させるため、100 mA cm⁻²という極端な高速充電であっても、短絡を引き起こさずに前例のない高密度のデンドライトを発生させる。長期サイクル後には、最終的にデンドライトが固体電解質の厚み全体にわたって出現した。極端なサイクル条件下では、粒界接合部と細孔部で孤立したLi析出物が観察され、これらがデンドライト発生位置として機能していた。今回の研究は、ガーネット型固体電解質におけるデンドライトの表面発生機構と内部発生機構を調和させるもので、面内二軸圧縮応力によってどちらの機構によるセルの短絡も防止できることを実証している。

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