IF=37.2！固态电池大佬，Nature Materials！
学术
2024-10-20 08:31
广东
锂离子电池是当前最广泛使用的能源存储系统，因其高能量密度和长循环寿命而成为研究热点。然而，随着对更高能量密度和更快充电速度的需求增加，锂离子电池面临着电极材料稳定性差、锂金属沉积不均匀及界面电化学反应复杂等挑战。这些问题不仅影响了电池的性能，还可能导致安全隐患。有鉴于此，吉森大学Till Fuchs、Jürgen Janek教授（德国固态电池大佬）团队携手在Nature Materials期刊上发表了题为“Imaging the microstructure of lithium and sodium metal in anode-free solid-state batteries using electron backscatter diffraction”的最新论文。研究者们在电极制备中采用了不同的沉积方法，通过电化学沉积技术对锂和钠金属进行优化，探索了不同电池配置对电极微观结构的影响。同时，利用原位电镜技术和电子背散射衍射（EBSD）分析，深入理解了电极与固态电解质之间的界面相互作用。这些研究成果显示，通过调控沉积条件和优化材料选择，可以显著改善电极的界面稳定性和电化学性能，从而提高电池的能量效率和安全性。这一领域的进展不仅为新一代高性能电池的开发提供了理论基础，也为锂金属和钠金属电池的实际应用铺平了道路。（1）实验首次在不同的电池配置中成功进行了锂和钠的电沉积，具体配置包括Cu|LLZO|Li、SS|LPSCl|Li和Al|NZSP|Na，优化了电极制备和电化学性能。（2）通过在不同温度和压力下的电沉积，获得了高质量的金属电极，尤其是在60°C、2.5 MPa下进行锂的沉积，显著提高了沉积的均匀性和致密性。此外，使用原位EBSD和SEM技术对电极的微观结构进行了细致分析，发现电极与固体电解质（SE）界面的微观演变及其对电池性能的影响。（3）利用等离子体FIB和TIC技术，成功制备了电极的交叉截面，提供了无钝化的锂和钠样品，为后续的EBSD分析奠定了基础。结果表明，电极的微观结构与电化学行为密切相关，特别是柱状微观结构的演化与电化学沉积和溶解过程密切相连。（4）最后，通过动态模式匹配和后处理技术，对记录的EBSD图进行了精确的索引与分析，确保了高质量的图谱数据，为理解钠和锂金属的晶体结构及其在电池中的应用提供了重要的实验基础。图3：使用FIB横截面和EBSD对不同CC|SE界面电沉积的锂和钠的微观结构分析。图4：接触固态电解质时碱金属电极在电沉积和电溶解过程中微观结构演变的分析。图5：在RFC中电化学沉积和溶解过程中所观察到的柱状微观结构的演变及其来源示意图。本文的研究揭示了在电极沉积和电化学反应过程中，金属锂和钠的微观结构演变及其对电池性能的影响。通过精细的电极制备技术，如使用不同的电池配置和气氛，研究者们成功地优化了锂和钠的沉积过程，并深入探讨了不同材料界面的相互作用。研究结果表明，电沉积过程中的微结构特征直接关联到电池的循环稳定性和效率，尤其是柱状微结构的形成与电极的电化学性能密切相关。这些发现不仅为优化固态电池中的电极材料提供了新思路，也为开发高性能电池系统奠定了基础。此外，原位表征技术的应用，如EBSD和FIB，展现了在材料科学研究中，如何通过实时监测微观结构变化来深入理解电池材料的行为。这一研究不仅推动了固态电池技术的发展，也为其他储能材料的设计与优化提供了重要的科学启示。Fuchs, T., Ortmann, T., Becker, J. et al. Imaging the microstructure of lithium and sodium metal in anode-free solid-state batteries using electron backscatter diffraction. Nat. Mater. (2024). https://doi.org/10.1038/s41563-024-02006-8🌟 同步辐射，找华算 ！三代光源，全球机时，最快一周出结果，保质保量！👉全面开放项目：同步辐射硬线/软线/高能/液体/原位/SAXS/GIWAXS/PDF/XRD/数据拟合！🏅 500+博士团队护航，助力20000+研究在Nature&Science正刊及子刊、Angew、AFM、JACS等顶级期刊发表！
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