Deposición ultrarrápida de poliedros de litio facetados superando la formación de SEI

Nature volumen 620, páginas 86–91 (2023)Cite este artículo

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La electrodeposición de litio (Li) metálico es fundamental para las baterías de alta energía1. Sin embargo, la formación simultánea de una película de corrosión superficial denominada interfase de electrolito sólido (SEI) 2 complica el proceso de deposición, lo que sustenta nuestra escasa comprensión de la electrodoposición de metal Li. Aquí desacoplamos estos dos procesos entrelazados al superar la formación de SEI en densidades de corriente de deposición ultrarrápidas3 y al mismo tiempo evitar las limitaciones del transporte masivo. Al utilizar microscopía electrónica criogénica4,5,6,7, descubrimos que la morfología de deposición intrínseca del Li metálico es la de un dodecaedro rómbico, que es sorprendentemente independiente de la química del electrolito o del sustrato colector de corriente. En una arquitectura de celda de moneda, estos dodecaedros rómbicos exhiben una conectividad de contacto cercano con el colector de corriente, lo que puede acelerar la formación de Li inactivo8. Proponemos un protocolo de corriente de pulso que supera este modo de falla aprovechando los dodecaedros rómbicos de Li como semillas de nucleación, lo que permite el crecimiento posterior de Li denso que mejora el rendimiento de la batería en comparación con una línea de base. Si bien la deposición de Li y la formación de SEI siempre han estado estrechamente vinculadas en estudios anteriores, nuestro enfoque experimental brinda nuevas oportunidades para comprender fundamentalmente estos procesos desacoplados entre sí y generar nuevos conocimientos para diseñar mejores baterías.

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Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular, Universidad de California, Los Ángeles, Los Ángeles, CA, EE. UU.

Xintong Yuan, Bo Liu y Yuzhang Li

California NanoSystems Institute, Universidad de California, Los Ángeles, Los Ángeles, CA, EE. UU.

Mateo Mecklenburg

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XY e YL concibieron el proyecto y diseñaron los experimentos. XY construyó la configuración de la UME y realizó experimentos electroquímicos y caracterización SEM. BL ayudó con simulaciones COMSOL y análisis de datos. XY e YL llevaron a cabo experimentos crio-EM. MM asesoró sobre análisis microscópicos y de imágenes. XY e YL coescribieron el manuscrito. Todos los autores discutieron los resultados y comentaron el manuscrito.

Correspondencia a Yuzhang Li.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Yuan, X., Liu, B., Mecklenburg, M. et al. Deposición ultrarrápida de poliedros de litio facetados superando la formación de SEI. Naturaleza 620, 86–91 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06235-w

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Recibido: 02 de diciembre de 2022

Aceptado: 17 de mayo de 2023

Publicado: 02 de agosto de 2023

Fecha de emisión: 03 de agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06235-w

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