碳质材料中的超离子表面锂离子传输
材料科学
2024-05-28 v1 化学物理
摘要
与碳质材料体相中的锂离子传输不同，人们对其表面上的锂离子扩散知之甚少。在本研究中，我们在碳质材料表面发现了一种超快锂离子传输现象，特别是当其具有有限的锂嵌入容量和高比表面积时。这以炭黑 Ketjen Black (KB) 为例得到了证实。在室温下观察到 18.1 mS cm-1 的离子电导率，远超大多数固态离子导体。理论计算表明表面锂物种的扩散势垒较低。该物种也被鉴定为 Li*，其特征是带有部分正电荷。因此，锂化 KB 可有效作为锂与固态电解质（SSE）之间的中间层，以减轻枝晶生长和电池短路。发现该功能与电解质无关，对硫化物和卤化物 SSE 均有效。此外，锂化 KB 可作为高性能混合离子/电子导体，在接近锂金属电势下具有热力学稳定性。将 KB 与石墨负极混合以替代固态电解质，表现出完全的利用率，且在 300 次循环后容量保持率约为 85%。这一表面介导的超快锂离子传输机制的发现，为固态离子导体和固态电池的设计提供了新方向。
引用
@article{arxiv.2405.16835,
title = {Superionic surface Li-ion transport in carbonaceous materials},
author = {Jianbin Zhou and Shen Wang and Chaoshan Wu and Ji Qi and Hongli Wan and Shen Lai and Shijie Feng and Tsz Wai Ko and Zhaohui Liang and Ke Zhou and Nimrod Harpak and Nick Solan and Mengchen Liu and Zeyu Hui and Paulina J. Ai and Kent Griffith and Chunsheng Wang and Shyue Ping Ong and Yan Yao and Ping Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.16835},
year = {2024}
}
备注
21 pages, 6 figures