Iniziazione e propagazione dei dendriti nel solido di litio metallico

Natura volume 618, pagine 287–293 (2023) Citare questo articolo

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Le batterie interamente allo stato solido con anodo di litio ed elettrolita ceramico hanno il potenziale per fornire un cambiamento radicale nelle prestazioni rispetto alle attuali batterie agli ioni di litio1,2. Tuttavia, i dendriti (filamenti) di Li si formano durante la carica a velocità pratiche e penetrano nell'elettrolita ceramico, provocando cortocircuiti e guasti alle celle3,4. I modelli precedenti di penetrazione dei dendriti si sono generalmente concentrati su un singolo processo di iniziazione e propagazione dei dendriti, con il Li che guida la fessura sulla sua punta5,6,7,8,9. Qui mostriamo che l'inizio e la propagazione sono processi separati. L'iniziazione deriva dalla deposizione del Li nei pori del sottosuolo, per mezzo di microfessure che collegano i pori alla superficie. Una volta riempito, un ulteriore caricamento crea pressione nei pori a causa della lenta estrusione di Li (flusso viscoplastico) verso la superficie, provocando fessurazioni. Al contrario, la propagazione dei dendriti avviene per apertura a cuneo, con il Li che guida la fessura secca dalla parte posteriore, non dalla punta. Mentre l'innesco è determinato dalla resistenza alla frattura locale (microscopica) ai bordi del grano, dalla dimensione dei pori, dalla densità della popolazione dei pori e dalla densità di corrente, la propagazione dipende dalla tenacità (macroscopica) della frattura della ceramica, dalla lunghezza del dendrite (filamento) del Li che occupa parzialmente la fessura secca, la densità di corrente, la pressione di stack e la capacità di carica a cui si accede durante ogni ciclo. Pressioni di stack inferiori sopprimono la propagazione, estendendo notevolmente il numero di cicli prima del cortocircuito nelle celle in cui si sono avviati i dendriti.

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