ИСТИНА

Металлический литий имеет высокую теоретическую удельную емкость 3860 мАч/г и самый отрицательный электрохимический потенциал среди анодных материалов для литиевых источников тока. Постоянные усилия по увеличению удельной мощности и разработка новых перезаряжаемых химических источников тока, таких как литий- серные и литий-воздушные аккумуляторы, возродили интерес к металлическим литиевым электродам в последние десятилетия [1,2]. Отсутствие морфологической стабильности лития во время электроосаждения является одной из основных проблем, препятствующих его использованию в литиевых перезаряжаемых батареях [3]. Неоднородное осаждение приводит к значительным проблемам циклирования, таким как постоянное увеличение площади поверхности электрода за счет образования губчатых и игольчатых структур и мертвого лития, что в конечном итоге приводит к потере ёмкости, а также существенно повышает риск возникновения короткого замыкания и последующего воспламенения. В настоящее время ученые не пришли к единой модели, описывающей механизм развития морфологической нестабильности, что препятствует разработке безопасного и прочного литиевого анода. В данной работе проведена аналогия между механизмом роста нитевидных кристаллов олова [4] и возможным механизмом роста литиевых вискеров. Согласно этому механизму, движущей силой роста нитевидных кристаллов является механическое напряжение в электроде, независимо от того, какая причина его вызвала. Показано, что сначала осаждение лития на литиевую подложку приводит к плоскому вертикальному росту зерен металла. Так же как и в случае роста нитевидных кристаллов олова, мы предполагаем, что такое поднятие зерен в литии является «вытеснением» зерен снизу. Это вызвано механическим напряжением, приводящим к переносу атомов лития к основанию зерна, возникающим из-за наличия жесткого слоя SEI на поверхности. Гипотеза о механическом напряжении была дополнительно подтверждена наблюдением на СЭМ поверхности лития под действием приложенной нагрузки. Оказалось, что накопление механического напряжения затрудняет осаждение лития у основания зерна и новые зерна зарождаются на поверхности. Напряжение у основания таких зародышей легко снимается, поскольку их рост не ограничен с верхней стороны, и атомы лития перемещаются внутри электрода к участкам с наименьшим напряжением. Эти результаты показывают, что для преодоления неоднородного осаждения лития необходим контроль диффузии по границам зёрен, а также размера и структуры зерен. Литература 1. Wang, R.; Cui, W.; Chu, F.; Wu, F. Lithium Metal Anodes: Present and Future // Journal of Energy Chemistry. 2020, V. 48, P. 145–159. 2. Lin, D.; Liu, Y.; Cui, Y. Reviving the Lithium Metal Anode for High-Energy Batteries // Nature Nanotechnology. 2017, V. 12 (3). P. 194–206. 3. Fang, C.; Wang, X.; Meng, Y. S. Key Issues Hindering a Practical Lithium-Metal Anode // Trends in Chemistry. 2019, V. 1 (2). P. 152–158. 4. Xu Wang et al. Stress-driven lithium dendrite growth mechanism and dendrite mitigation by electroplating on soft substrates // Nature Energy. 2018. V. 3. P. 227–235