在粘彈性液體電解質(zhì)中穩(wěn)定電化學(xué)界面

引言

電沉積是用于制造金屬/合金以及顆粒和聚合物材料涂層的多功能電化學(xué)工藝。該過程在縮短微電路和基于電池的電化學(xué)儲能技術(shù)中也起著重要作用。在通常使用的牛頓液體電解質(zhì)中，該過程基本上不穩(wěn)定。 潛在的不穩(wěn)定性與微電路的失效，電池電極上的樹枝狀結(jié)晶形成以及離子選擇性膜中的極限電導(dǎo)有關(guān)。因此，必須對其進行仔細研究，以便在一系列工作溫度和電流速率以及多次充放電循環(huán)中實現(xiàn)穩(wěn)定和安全的運行。

成果簡介

近日，康奈爾大學(xué)Lynden A. Archer（通訊作者）團隊發(fā)現(xiàn)由非常高分子量中性聚合物的半稀溶液組成的粘彈性電解質(zhì)可通過多種機制抑制上述不穩(wěn)定性。電解液能夠在沒有電對流不穩(wěn)定性的情況下工作的電壓窗口ΔV顯示出在粘彈性電解質(zhì)中顯著延長，并且滿足電解粘度η的冪律函數(shù)ΔVη1/4。這種冪律關(guān)系在液/固界面處對離子遷移的抵抗力中得到了重現(xiàn)。經(jīng)過多次實驗觀察粘彈性電解質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)許多金屬的穩(wěn)定電沉積，對活性金屬如鈉和鋰有著最深刻的影響。相關(guān)成果以題為“Stabilizing electrochemical interfaces in viscoelastic liquid electrolytes”發(fā)表在了Science Advances上。

圖文導(dǎo)讀

圖1 粘彈性電解質(zhì)的電化學(xué)特性

（A）具有不同聚合物濃度的電解質(zhì)的I-V曲線

（B-D）在（B）不含PMMA，（C）2wt％PMMA和（D）8wt％PMMA的電解質(zhì)中測量的電壓對時間的曲線

（E）在光學(xué)鋰中測量的平均示蹤粒子速度

（F）在對照和粘彈性液體電解質(zhì)中測量的平均示蹤粒子速度作為電流密度的函數(shù)

圖2粘彈性液體電解質(zhì)的物理特性

（A）PMMA-EC/PC（v/v，11）-1 M LiTFSI電解質(zhì)的頻率相關(guān)動態(tài)存儲G'（實心符號）和損耗G“作為聚合物濃度的函數(shù)

（B）在25℃下零剪切粘度和電導(dǎo)率的濃度

（C）粘彈性電解質(zhì)中的擴展穩(wěn)定性狀態(tài)作為電解質(zhì)粘度的函數(shù)

（D）粘彈性液體電解質(zhì)的DC離子電導(dǎo)率作為溫度的函數(shù)

（E）從具有不同聚合物濃度的電解質(zhì)中的EIS測量獲得的奈奎斯特圖

（F）對于電解質(zhì)/ Li界面的ASR聚合物濃度作為電解質(zhì)粘度的函數(shù)

圖3 牛頓和粘彈性液體電解質(zhì)中不同金屬的電沉積分析

（A）平均鋰枝晶尖端高度作為時間的函數(shù)

（B）平均鈉枝晶尖端高度作為時間的函數(shù)

（C）不同金屬的平均枝晶生長速率的比較

小結(jié)

該工作發(fā)現(xiàn)由非常高分子量中性聚合物的半稀溶液組成的粘彈性電解質(zhì)可通過多種機制抑制上述不穩(wěn)定性。這一發(fā)現(xiàn)對于高能電化學(xué)能量儲存具有重要意義。