Nature Materials：前所未有！固态电解质临界电流密度达到100 mA/cm2！

固态锂金属电池的开发一直受到锂金属沉积/剥离速率以及在实用电流密度下形成枝晶短路趋势的限制。

图1 不同结构内部的锂金属沉积和剥离示意图

马里兰大学Eric D. Wachsman等开发了一种单相混合离子和电子导电石榴石（MIEC），其锂离子和电子导电率相当，以解决上述问题。研究显示，MIEC石榴石的多孔结构通过在表面上均匀分布电势，有助于缓解循环过程中固态电解质上的应力，从而防止可能诱导枝晶形成的局部热点。

因此，在多孔MIEC框架支持薄而致密的石榴石电解质的三层结构中，临界电流密度可以提高到以前闻所未闻的100 mA cm^-2，而且不会出现枝晶短路现象。

图2 对称锂金属电池的电化学性能

此外，对称锂电池还可以在60 mA cm^-2的电流密度下持续循环，每次循环的最大锂沉积和剥离容量为30 mAh cm^-2，是最先进正极容量的6倍。此外，作者还证明了正极面积容量为2.3 mAh cm^-2的混合固态电池可分别以2.3或1.15 mA cm^-2的电流循环500次或350次。

总体而言，此次在三维MIEC结构中成功展示了高倍率无枝晶锂金属，有望推动实用”无锂”负极固态电池的发展。

图3 室温下全电池性能

Extreme lithium-metal cycling enabled by a mixed ion- and electron-conducting garnet three-dimensional architecture. Nature Materials 2023. DOI: 10.1038/s41563-023-01627-9

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Nature Materials：前所未有！固态电解质临界电流密度达到100 mA/cm2！

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