Mechanical Origin of Lithium Dendrite Penetration in Garnet Solid Electrolyte

作者
Yuwei Zhang,Soroush Motahari,Eric Woods,Stefan Zaefferer,Peter Schweizer,Zhiyuan Zhang,Yuqi Liu,Baptiste Gault,Franz Roters,Dierk Raabe,Christina Scheu,Yug Joshi,Siyuan Zhang,Chuanlai Liu,Gerhard Dehm
出处
期刊: 被引量:3
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2025-frphl
摘要

Short-circuiting caused by lithium dendrite penetration through solid electrolytes remains a key obstacle to realizing all-solid-state lithium metal batteries. The mechanism by which mechanically-soft lithium dendrites fracture hard ceramic electrolytes remains under debate, due to the challenges of characterizing nanoscale lithium distribution and its microstructure at the dendrite tip. Here, we investigate the fracture process driven by lithium dendrites in garnet electrolytes using multiscale cryogenic electron microscopy and micromechanical fracture models. We directly visualize lithium dendrites fully filling nanoscale crack tips and extending into micrometer-scale cracks. Limited crystal lattice rotation and plasticity in lithium dendrites indicate that the plated lithium generates significant hydrostatic stress, which induces tensile stress in the solid electrolyte and drives both intergranular and transgranular fracture. In contrast, the region ahead of the lithium dendrite tip showed no measurable enrichment of lithium or lithium metal nuclei. Building on the identified mechanical origin of lithium penetration, we introduce geometrically engineered voids into the electrolyte to redirect lithium dendrite growth and mitigate short-circuiting. These findings suggest that grain boundary toughening and defect engineering are effective strategies for designing dendrite-resistant solid electrolytes.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
123鹤发布了新的文献求助20
刚刚
YangLZ完成签到 ,获得积分20
2秒前
科研通AI6.4的应助被七月流火采纳,获得10
2秒前
xxxxx完成签到,获得积分10
2秒前
3秒前
xxd发布了新的文献求助10
4秒前
4秒前
5秒前
DORA完成签到 ,获得积分10
5秒前
Dlyy完成签到,获得积分20
5秒前
现在完成签到,获得积分10
6秒前
搜集达人的应助被闪亮的屁灯采纳,获得10
7秒前
7秒前
bkagyin的应助被Hidos采纳,获得30
8秒前
科研通AI6.4的应助被瑶钰采纳,获得50
9秒前
Geason完成签到,获得积分10
10秒前
孤独冬云完成签到 ,获得积分10
10秒前
10秒前
现在发布了新的文献求助20
10秒前
大果冻发布了新的文献求助10
11秒前
11秒前
11秒前
11秒前
小二郎的应助被单薄冰安采纳,获得10
13秒前
科研通AI6.4的应助被En采纳,获得10
13秒前
15秒前
小白i完成签到,获得积分10
16秒前
亦巧发布了新的文献求助10
17秒前
斑马爸爸发布了新的文献求助10
17秒前
Apple完成签到,获得积分10
18秒前
徐德民完成签到,获得积分10
19秒前
小白i发布了新的文献求助10
19秒前
20秒前
寒山发布了新的文献求助10
23秒前
机灵柚子的应助被HumanAiding采纳,获得20
23秒前
shann完成签到,获得积分10
23秒前
共享精神的应助被木可可可采纳,获得10
24秒前
25秒前
25秒前
星海浅眠完成签到 ,获得积分10
25秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Energie-Contracting 1500
Spec 401: Standards for Jet Fuel Facility and Equipment Commissioning and Flushing at Airports, 2026.1 (Original Issue) 1000
Spec 103: Standard for Jet Fuel Quality Control at Airports, Revision 2026.1 1000
Klimaschutzrecht durch den Energiesektor im Mehrebenensystem – Ein Rechtsvergleich 1000
二维钙钛矿人工光电突触的可塑性及应用的研究 500
Topological Photonics: Fundamentals and Applications 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8095424
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9506881
关于积分的说明 21456870
捐赠科研通 7669297
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3406313
关于科研通互助平台的介绍 2534345
邀请新用户注册赠送积分活动 2445740