Morphology Evolution in Self-Healing Liquid-Gallium-Based Mg-Ion Battery Anode

阳极 电解质 材料科学 电池(电) 相(物质) 液态金属 化学工程 枝晶(数学) 纳米技术 冶金 化学 电极 有机化学 物理 工程类 数学 几何学 功率(物理) 物理化学 量子力学
作者
Lin Wang,Johanna Nelson Weker,Roxana Family,Jiaxin Liu,Eric Detsi
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:8 (11): 4932-4940 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.3c01761
摘要

Conventional solid battery anodes suffer from dendrite growth and volume changes, resulting in poor cycling performances. Self-healing electrodes made of liquid metals and alloys can overcome these issues by reversibly undergoing liquid–solid phase transformations during (dis)charging. Recently, we achieved 1000 cycles in Mg-ion battery anodes using liquid Ga as the active material, which reversibly transformed into solid Mg2Ga5 during (de)magnesiation. However, the fundamental mechanism behind this liquid–solid phase transformation remains unclear. In this follow-up work, cryogenic focused ion beam electron microscopy is used to elucidate the morphology evolution when liquid Ga embedded in a carbon-binder matrix transforms into solid Mg2Ga5 during cycling. We found that liquid Ga gradually diffuses into the surrounding matrix, increasing the contact area between active material and electrolyte, facilitating the charge transfer process. These new insights will help understand the performance of alkali- and alkaline-earth-metal batteries based on liquid anodes.
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