多孔锂金属电极建模：扭转锂枝晶问题
材料科学
2022-03-11 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
可充电锂离子电池的性能由其组成材料的电化学与动力学性质以及其 underlying 微观结构决定。微观结构设计可被用以实现性能与耐久性的飞跃。在此，我们研究一种多孔电极结构，作为增加表面积并为锂金属负极提供结构稳定性的策略。该多孔架构由混合电子/离子导体组成，充当锂金属沉积的支架。我们开发了一种新的有限元模型，以模拟与锂电镀/剥离相关的大拓扑变化。该模型用于预测作为材料与结构性质函数的电流密度分布。一个结合了锂离子电导率、表面阻抗与平均孔径的无量纲量被证明是预测峰值电流密度的良好指标。防止电流在隔膜处局域化可降低电池短路风险。分析表明峰值电流按缩放，其中为表面与体相电导率之比，为平均孔径。稳定性分析表明该生长在形态上稳定，且将锂电镀限制于孔内可实现高能量密度固态电池。除优化多孔电极设计外，该有限元方法可扩展至研究其他锂电池结构。
引用
@article{arxiv.2203.05501,
title = {Modeling of porous lithium metal electrodes: turning the Li-dendrite problem around},
author = {Giovanna Bucci and Tushar Swamy and W. Craig Carter and Morad Behandish},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.05501},
year = {2022}
}