Ultrafast charge transfer at the electrode−electrolyte interface via an artificial dielectric layer

电解质 电介质 溶剂化 电极 材料科学 化学 吸附 离子 光电子学 分析化学(期刊) 物理化学 有机化学
作者
Takashi Teranishi,Kaisei Kozai,Sou Yasuhara,Shintaro Yasui,Naoyuki Ishida,Kunihiro Ishida,Masanobu Nakayama,Akira Kishimoto
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:494: 229710-229710 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2021.229710
摘要

We report ultrafast charge transfer along the Li-ion pathway via a dielectric layer at the electrolyte−electrode interface. The rate capabilities of dielectric-modified cathodes were evaluated as a function of the combination of electrolyte solvents and dielectric layers having various dielectric constants, εr. The high-rate capability was enhanced when the loaded dielectric layer's εr was close to that of the electrolyte solvent. Density functional theory molecular dynamics calculations and atomic force microscope force measurements confirmed that the activation energies related to Li+ adsorption and desolvation were notably reduced when the loaded dielectric layer's εr approached that of the solvent. In this case, the solvated Li+ ion preferentially underwent desolvation on the solid surface. The discharge capacity at the ultrahigh rate of 50 C (1 C = 160 mA g−1) of the dielectric-modified thin films steadily increased with increasing length of the dielectrics−electrode−electrolyte triple-phase interface (TPI). Experimental and computational results reveal that, when the permittivity of the dielectrics and solvent are similar, solvated Li+ ions are preferentially involved in the physical adsorption and desolvation on the dielectric surface, followed by Li+ intercalation near the TPI.

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