Anodes métalliques au lithium (Li), avec la capacité spécifique la plus élevée (3 860 mAh g -1 ) et le potentiel redox le plus bas (-3,04 V par rapport à une électrode à hydrogène standard) sont considérés comme une alternative potentielle pour la prochaine génération de batteries au lithium à haute densité énergétique. Cependant, l'interface instable électrolyte-anode métallique Li a été le plus grand obstacle à l'application pratique des batteries à anode métallique Li.
Les chercheurs dirigés par le professeur Bai Shuo et le professeur Li Feng de l'Institut de recherche sur les métaux (IMR) de l'Académie chinoise des sciences (CAS), ainsi que le professeur Tan Jun du laboratoire Ji Hua, ont réalisé la distribution spatialement sélective du structure de solvatation ciblée des ions à l'interface électrolyte-anode en fabriquant des micro-réseaux de nano-hydroxyapatite (nHA) à haute teneur en Li + énergie de liaison sur une feuille de cuivre (Cu).
Leurs travaux ont été publiés dans Advanced Materials. .
Selon les chercheurs, la clé d’une anode métallique Li stable est de construire un film d’interface électrolyte solide (SEI) robuste à l’interface électrolyte-anode. L'approche la plus idéale consiste à optimiser la structure solvatée des ions dans l'électrolyte, en particulier à l'interface électrolyte-anode, tout en conservant les propriétés de l'électrolyte global.
Ils ont découvert que les particules nHA électronégatives à forte teneur en Li + l'énergie de liaison peut ajuster efficacement la structure de solvatation des ions dans l'électrolyte. Li + migrera préférentiellement vers la surface de la particule nHA, formant un Li + local -région riche autour de la particule nHA, où les anions peuvent interagir avec plus de Li + pour former des anions multi-coordonnés.
Sur la base de cette découverte, des micro-réseaux de nHA sont ensuite préparés sur une feuille de Cu (collecteur de courant de l'anode) pour former préférentiellement des anions multi-coordonnés à l'interface électrolyte-anode. Parallèlement, l'expérience vérifie également que les micro-réseaux n'affectent pas la structure de solvatation de l'électrolyte en vrac.
En général, les anions non coordonnés sont fortement repoussés par l’anode riche en électrons, ce qui réduit considérablement l’efficacité de décomposition des anions. Dans cette étude, en utilisant des micro-réseaux nHA, les anions multi-coordonnés à l'interface électrolyte-anode peuvent être transportés par Li + pour traverser efficacement la double couche électrique sur l'anode, ce qui est souhaité pour un film SEI dérivé d'anions. Les anions présents dans l'électrolyte sont plus complètement décomposés en composants inorganiques hautement protecteurs dans le film SEI, ce qui peut supprimer efficacement la croissance des dendrites sur l'anode.
En conséquence, à des densités de courant de charge-décharge élevées, le risque de micro-court-circuit notoire dans les batteries Li-métal est considérablement réduit.
La découverte de matériaux électronégatifs ajustant la structure de solvatation locale dans l'électrolyte fournit de nouveaux principes de conception pour construire un SEI robuste pour des batteries Li-métal stables.
Plus d'informations : Haorui Shen et al, Structure de solvatation spatialement sélective par micro-réseaux électronégatifs pour une interface stable d'anode lithium-métal, Matériaux avancés (2023). DOI : 10.1002/adma.202306553
Informations sur le journal : Matériaux avancés
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
