The impact of magnesium content on lithium-magnesium alloy electrode performance with argyrodite solid electrolyte

镁 材料科学 电解质 锂(药物) 镁合金 介电谱 电化学 电极 化学工程 冶金 化学 医学 物理化学 内分泌学 工程类
作者
Jack Aspinall,K. Sada,Hua Guo,Souhardh Kotakadi,Sudarshan Narayanan,Yvonne Chart,Ben Jagger,Emily Milan,Laurence Brassart,David E.J. Armstrong,Mauro Pasta
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 4511-4511 被引量:37
标识
DOI:10.1038/s41467-024-48071-0
摘要

Abstract Solid-state lithium-based batteries offer higher energy density than their Li-ion counterparts. Yet they are limited in terms of negative electrode discharge performance and require high stack pressure during operation. To circumvent these issues, we propose the use of lithium-rich magnesium alloys as suitable negative electrodes in combination with Li 6 PS 5 Cl solid-state electrolyte. We synthesise and characterise lithium-rich magnesium alloys, quantifying the changes in mechanical properties, transport, and surface chemistry that impact electrochemical performance. Increases in hardness, stiffness, adhesion, and resistance to creep are quantified by nanoindentation as a function of magnesium content. A decrease in diffusivity is quantified with 6 Li pulsed field gradient nuclear magnetic resonance, and only a small increase in interfacial impedance due to the presence of magnesium is identified by electrochemical impedance spectroscopy which is correlated with x-ray photoelectron spectroscopy. The addition of magnesium aids contact retention on discharge, but this must be balanced against a decrease in lithium diffusivity. We demonstrate via electrochemical testing of symmetric cells at 2.5 MPa and 30 ∘ C that 1% magnesium content in the alloy increases the stripping capacity compared to both pure lithium and higher magnesium content alloys by balancing these effects.
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