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今日Nature纳米: 黄建宇组原位揭示锂枝晶生长机理,助力固态电池应用
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锂离子二次电池以其高能量密度已在便携式电子设备领域得到了广泛应用,但是依然不能满足电动汽车和电网等大容量储能装置对高能量密度的需求。
发明了一种基于原子力显微镜—环境透射电镜(AFM-ETEM)原位电化学测试平台。AFM一方面作为生长锂枝晶的电极,另一方面对锂枝晶生长过程中产生一个约束力,还可同时实时监测生长应力大小。该平台可广泛应用于研究钠、钾、镁、钙等电池体系中枝晶生长的力学以及力-电耦合问题。 建立起了一种有效的研究锂枝晶的动态原位实验表征新技术,确定了电化学驱动和非电化学驱动下微纳尺度锂枝晶的力学性能,提出了一种基于固态电解质的结构缺陷、力学性能与锂枝晶力学性能适配关系实现抑制锂枝晶生长的可行性方案。 巧妙利用ETEM技术,通过在ETEM中通入CO2,在Li金属表面原位生长出纳米尺度的Li2CO3固态电解质(SEI)保护层。正是这一层超薄的Li2CO3 SEI保护层显著地提高了超活泼锂金属在透射电镜中的稳定性,防止其受到电子束损伤,从而实现了在室温条件下亚微米级锂枝晶生长过程的原位成像、力学性能以及力-电耦合测量。
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