第一，[科學(xué)背景]

在固態(tài)鋰電池領(lǐng)域，鋰金屬與固態(tài)電解質(zhì)界面的復(fù)雜進化(具體表現(xiàn)為界面間隙)嚴重制約了電池性能，導(dǎo)致電化學(xué)反應(yīng)和接觸不均勻失效。這不僅會使界面阻抗急劇上升，而且會促進鋰枝晶體的生長，最終導(dǎo)致電池短路，極大地限制了固體電池的性能和循環(huán)壽命。另外，為了保持接口接觸所需的高堆疊壓力，會降低電池的能量密度，不利于實際應(yīng)用。所以，探索固體鋰金屬電池的核心問題是：如何在保持界面穩(wěn)定的同時，在低堆疊壓力環(huán)境下抑制間隙生成。

第二，【創(chuàng)新成果】

最近，美國佐治亞理工學(xué)院Matthew T. 受生物形態(tài)發(fā)生學(xué)的啟發(fā)，McDowell教授團隊創(chuàng)新地提出了一種界面自我調(diào)節(jié)策略——引入可變形第二相(鈉)動態(tài)響應(yīng)電-化學(xué)-機械刺激。在剝離含鈉鋰電極時，電化學(xué)惰性鈉會自發(fā)地聚集在界面上，其優(yōu)異的變形能力在不阻礙鋰離子傳輸?shù)那闆r下，保證了緊密的電接觸。借助operandoop 研究小組觀察到，X射線斷層掃描和電子顯微鏡技術(shù)可以有效抑制界面間隙的形成，顯著提高低堆壓環(huán)境下的循環(huán)穩(wěn)定性。這一反直覺策略增加了電化學(xué)惰性堿金屬，為固體電池界面工程開辟了新的途徑。研究以“Interface morphogenesis with a deformable secondary phase in solid-state lithium batteries“問題發(fā)表在國際頂級期刊上。《Science》事實上，引起了有關(guān)行業(yè)科研人員的熱議。

圖1. Li-電化學(xué)剝離和Na電極沉積試驗 ? 2025 AAAS

圖2. 電化學(xué)阻抗分析界面演變 ? 2025 AAAS

圖3. X射線CT分析界面演化的原點 ? 2025 AAAS

圖4. Li-恒電流循環(huán)測試Na電極 ? 2025 AAAS

圖5. 電化學(xué)力學(xué)建模在SSE界面演變。 ? 2025 AAAS

第三，【科學(xué)啟迪】

該研究論證了適用于鋰金屬固態(tài)電池的頁面形態(tài)的概念——通過局部化學(xué)-機械刺激，可以促進整體觸摸模式的形成，實現(xiàn)多相電極中跨尺度界面特性的自我調(diào)節(jié)。二元鋰-鈉電極通過在固體電解質(zhì)界面上積累高可變形鈉域來抑制間隙生長，從而在低堆疊壓力下提高鋰剝離能力和循環(huán)性能。鈉相對活性鋰的電化學(xué)惰性，避免了鋰反應(yīng)性金屬合金或碳基中間層及復(fù)合材料常見的結(jié)構(gòu)退化問題。另外，二元堿金屬箔可以通過簡單的冶金工藝制備和冷軋成型，避免了更復(fù)雜的加工工藝。這項研究可能會促進多組分金屬負極性能的突破，為實際應(yīng)用提供有吸引力的解決方案。

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