使用不同的金屬基材控制鋰金屬沉積

(Tech Xplore)-具有可充電電池的手機，筆記本電腦和其他電子設備使用鋰離子電池。鋰電池具有高能量密度。為設備供電所需的電池更少，這使設備更輕便，更便攜。但是，鋰電池不如其強大或持久。首先，鋰電池容易形成樹枝狀晶體，鋰金屬會沉積在鋰電極上。這些樹枝狀晶體會散布在整個鋰基電解液中，如果到達另一個電極，則會使電池短路。

與其他金屬相比，鋰金屬具有最高的比陽極容量，但是鋰金屬的電化學循環會帶來一些問題，包括枝晶生長。對于希望優化鋰電池壽命和容量的研究人員而言，控制枝晶的生長已證明是困難的。

在他們的第一個實驗中，Yan等人。建立了一個三電極電池，以研究發生鋰沉積的電勢，成核屏障的超電勢。銅經常用于鋰電池研究中，因為它具有相對較高的形核超電勢，這意味著在枝晶形成之前需要大量能量輸入。

他們使用銅作為基準基板，通過重量分析將鋰沉積到各種金屬基板上以測試過電勢。這些基板包括Au，Ag，Zn，Mg，Al，Pt，Si，Sn，C，Cu和Ni。他們發現，盡管銅在40 mV左右具有成核壁壘，但鍍金銅卻沒有成核壁壘。考慮到金的晶體形態與銅非常相似，這令人驚訝。

過電勢的差異與溶解度有關。鋰金合金在溶液中形成并用于降低成核壁壘。嚴等。用其他金屬測試了這一概念，這些金屬的相圖表明它們可溶于鋰，并且發現當完全“鋰化”時，Au，Ag，Zn和Mg表現出零超電勢。鋁和鉑在鋰溶液中微溶，并且對于鋰成核顯示出小的過電位。銅，鎳，碳，錫和硅不溶于鋰溶液。所有五個都有明顯的鋰金屬成核過電勢，并顯示出相對較高的成核過電勢。該實驗表明成核超電勢與鋰金屬合金的形成有關。高電位的銅和鎳不會形成合金。