Tortuosity Effects in Lithium-Metal Host Anodes

曲折 金属锂 阳极 锂(药物) 材料科学 寄主(生物学) 法律工程学 金属 复合材料 工程类 冶金 化学 医学 多孔性 电极 生物 生态学 物理化学 内分泌学
作者
Hao Chen,Allen Pei,Jiayu Wan,Dingchang Lin,Rafael A. Vilá,Hongxia Wang,David G. Mackanic,Hans‐Georg Steinrück,William Huang,Yuzhang Li,Ankun Yang,Jin Xie,Yecun Wu,Hansen Wang,Yi Cui
出处
期刊:Joule [Elsevier BV]
卷期号:4 (4): 938-952 被引量:203
标识
DOI:10.1016/j.joule.2020.03.008
摘要

Lithium (Li) metal is the ultimate anode material for Li batteries because of its highest capacity among all candidates. Recent research has focused on stable interphase and host materials to address its low stability and reversibility. Here, we discover that tortuosity is a critical parameter affecting the morphology and electrochemical performances of hosted Li anodes. In three types of hosts—vertically aligned, horizontally aligned, and random reduced graphene oxide (rGO) electrodes with tortuosities of 1.25, 4.46, and 1.76, respectively—we show that high electrode tortuosity causes locally higher current density on the top surface of electrodes, resulting in thick Li deposition on the surface and degraded cycling performance. Low electrode tortuosity in the vertically aligned rGO host enables homogeneous Li transport and uniform Li deposition across the host, realizing greatly improved cycling stability. Using this principle of low tortuosity, the designed electrode shows through-electrode uniform morphology with anodic Coulombic efficiency of ∼99.1% under high current and capacity cycling conditions.
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