Ânodos metálicos de lítio (Li), com a maior capacidade específica (3.860 mAh g ^-1 ) e o potencial redox mais baixo (-3,04 V vs. eletrodo de hidrogênio padrão), são considerados uma alternativa potencial para a próxima geração de baterias de lítio de alta densidade energética. No entanto, a interface instável entre eletrólito e ânodo de metal de lítio tem sido o maior obstáculo para a aplicação prática de baterias de ânodo de metal de lítio.



Pesquisadores liderados pelo Prof. Li Feng do Instituto de Pesquisa de Metais (IMR) da Academia Chinesa de Ciências (CAS), juntamente com o Prof. Tan Jun do Laboratório Ji Hua, alcançaram a distribuição espacialmente seletiva do estrutura de solvatação direcionada de íons na interface eletrólito-ânodo, fabricando micromatrizes de nano-hidroxiapatita (nHA) com alto Li ⁺ energia de ligação na folha de cobre (Cu).

O trabalho deles foi publicado em Advanced Materials .

De acordo com os pesquisadores, a chave para um ânodo de metal de lítio estável é construir um filme robusto de interface de eletrólito sólido (SEI) na interface eletrólito-ânodo. A abordagem mais ideal é otimizar a estrutura solvatada dos íons no eletrólito, especialmente na interface eletrólito-ânodo, enquanto mantém as propriedades do eletrólito a granel.

Eles descobriram que as partículas eletronegativas de nHA com alto teor de Li ⁺ a energia de ligação pode efetivamente ajustar a estrutura de solvatação dos íons no eletrólito. Li ⁺ migrará preferencialmente para a superfície da partícula nHA, formando um Li ⁺ local região rica em torno da partícula nHA, onde os ânions podem interagir com mais Li ⁺ para formar ânions multicoordenados.

Com base nesta descoberta, micromatrizes de nHA são ainda preparadas em folha de Cu (coletor de corrente do ânodo) para formar preferencialmente ânions multicoordenados na interface eletrólito-ânodo. Enquanto isso, o experimento também verifica se os microarranjos não afetam a estrutura de solvatação do eletrólito a granel.

Em geral, os ânions descoordenados são fortemente repelidos pelo ânodo rico em elétrons, o que reduz bastante a eficiência de decomposição dos ânions. Neste estudo, usando micromatrizes nHA, os ânions multicoordenados na interface eletrólito-ânodo podem ser transportados por Li ⁺ para atravessar efetivamente a dupla camada elétrica no ânodo, o que é desejado para um filme SEI derivado de ânion. Os ânions no eletrólito são decompostos mais completamente em componentes inorgânicos altamente protetores no filme SEI, que podem efetivamente suprimir o crescimento de dendritos no ânodo.

Como resultado, em altas densidades de corrente de carga-descarga, o risco do notório microcurto-circuito acontecer em baterias de metal-lítio é significativamente reduzido.

A descoberta de materiais eletronegativos que ajustam a estrutura de solvatação local no eletrólito fornece novos princípios de design para a construção de SEI robustos para baterias estáveis ​​de metal de lítio.

Mais informações: Haorui Shen et al, Estrutura de Solvatação Espacialmente Seletiva por Micro-Arranjos Eletronegativos para Interface Estável de Ânodo de Lítio-Metal, Materiais Avançados (2023). DOI:10.1002/adma.202306553
Informações do diário: Materiais Avançados

Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências