使用不同的金属基材控制锂金属沉积

(Tech Xplore)-具有可充电电池的手机，笔记本电脑和其他电子设备使用锂离子电池。锂电池具有高能量密度。为设备供电所需的电池更少，这使设备更轻便，更便携。但是，锂电池不如其强大或持久。首先，锂电池容易形成树枝状晶体，锂金属会沉积在锂电极上。这些树枝状晶体会散布在整个锂基电解液中，如果到达另一个电极，则会使电池短路。

与其他金属相比，锂金属具有最高的比阳极容量，但是锂金属的电化学循环会带来一些问题，包括枝晶生长。对于希望优化锂电池寿命和容量的研究人员而言，控制枝晶的生长已证明是困难的。

在他们的第一个实验中，Yan等人。建立了一个三电极电池，以研究发生锂沉积的电势，成核屏障的超电势。铜经常用于锂电池研究中，因为它具有相对较高的形核超电势，这意味着在枝晶形成之前需要大量能量输入。

他们使用铜作为基准基板，通过重量分析将锂沉积到各种金属基板上以测试过电势。这些基板包括Au，Ag，Zn，Mg，Al，Pt，Si，Sn，C，Cu和Ni。他们发现，尽管铜在40 mV左右具有成核壁垒，但镀金铜却没有成核壁垒。考虑到金的晶体形态与铜非常相似，这令人惊讶。

过电势的差异与溶解度有关。锂金合金在溶液中形成并用于降低成核壁垒。严等。用其他金属测试了这一概念，这些金属的相图表明它们可溶于锂，并且发现当完全“锂化”时，Au，Ag，Zn和Mg表现出零超电势。铝和铂在锂溶液中微溶，并且对于锂成核显示出小的过电位。铜，镍，碳，锡和硅不溶于锂溶液。所有五个都有明显的锂金属成核过电势，并显示出相对较高的成核过电势。该实验表明成核超电势与锂金属合金的形成有关。高电位的铜和镍不会形成合金。