Chemomechanical Origins of the Dynamic Evolution of Isolated Li Filaments in Inorganic Solid-State Electrolytes

电解质 固态 化学物理 材料科学 化学 物理化学 电极
作者
Tianci Cao,Rong Xu,Xuan Cheng,Mingming Wang,Tao Sun,Junxia Lü,Xianqiang Liu,Yuefei Zhang,Ze Zhang
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c03321
摘要

The penetrating growth of Li into the inorganic solid-state electrolyte (SSE) is one key factor limiting its practical application. Research to understand the underlying mechanism of Li penetration has been ongoing for years and is continuing. Here, we report an in situ scanning electron microscopy methodology to investigate the dynamic behaviors of isolated Li filaments in the garnet SSE under practical cycling conditions. We find that the filaments tend to grow in the SSE, while surprisingly, those filaments can self-dissolve with a decrease in the current density without a reversal of the current direction. We further build a coupled electro–chemo–mechanical model to assess the interplay between electrochemistry and mechanics during the dynamic evolution of filaments. We reveal that filament growth is strongly regulated by the competition between the electrochemical driving force and mechanical resistive force. The numerical results provide rational guidance for the design of solid-state batteries with excellent properties.
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