Iniciação e propagação dendrítica em lítio metálico sólido

Nature volume 618, páginas 287–293 (2023) Cite este artigo

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As baterias de estado sólido com um ânodo de Li e eletrólito cerâmico têm o potencial de oferecer uma mudança radical no desempenho em comparação com as baterias de íons de lítio atuais1,2. No entanto, os dendritos (filamentos) de Li se formam ao carregar em taxas práticas e penetram no eletrólito cerâmico, levando a curto-circuito e falha da célula3,4. Modelos anteriores de penetração dendrítica geralmente se concentravam em um único processo de iniciação e propagação dendrítica, com Li conduzindo a trinca em sua ponta5,6,7,8,9. Aqui mostramos que iniciação e propagação são processos separados. A iniciação surge da deposição de Li nos poros da subsuperfície, por meio de microfissuras que conectam os poros à superfície. Uma vez preenchido, o carregamento adicional aumenta a pressão nos poros devido à extrusão lenta de Li (fluxo viscoplástico) de volta à superfície, levando a rachaduras. Por outro lado, a propagação dendrítica ocorre pela abertura da cunha, com o Li conduzindo a trinca seca por trás, não pela ponta. Considerando que a iniciação é determinada pela resistência à fratura local (microscópica) nos limites de grão, o tamanho dos poros, a densidade da população de poros e a densidade de corrente, a propagação depende da tenacidade à fratura (macroscópica) da cerâmica, o comprimento do dendrito Li (filamento) que ocupa parcialmente a trinca seca, densidade de corrente, pressão de chaminé e a capacidade de carga acessada durante cada ciclo. As pressões de pilha mais baixas suprimem a propagação, estendendo acentuadamente o número de ciclos antes do curto-circuito nas células nas quais os dendritos foram iniciados.

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