Matter：理解混合离子-电子传导引起的固态电解质中金属传播

金属渗透到固态电解质（SE）中是阻碍固态电池实际应用的关键问题之一。

美国加利福尼亚大学Gerbrand Ceder等人研究了SE的电子电导率可能导致SE内金属沉积和断裂的条件。

作者确定了SE中空隙填充的三个不同阶段（金属沉积开始、金属生长和金属压缩）。完成每个阶段所需的时间是推导出来的，并且与空隙中沉积引起的压力有关，当空隙中产生的压力大于SE材料可以承受的最大压力时，负极附近SE中的微米级隔离空隙可以被金属快速填充并破裂。

此外，作者系统地研究了空隙几何形状（孔径、位置）、SE材料特性（离子/电子电导率和断裂韧性）和电极化学势对空隙中金属沉积的影响。

图1 SSB电池中的电位和电流密度分布

研究发现，负极电压、电流密度和整体电池电位在确定SE中金属沉积的脆弱性方面起着非常重要的作用。

基于上述分析，作者提出了两种减少/防止电子电导驱动的金属传播的有效策略，包括表面涂层（或致密化）和负极合金化。

图2 由空隙填充引起的连续开裂的示意图

Understanding metal propagation in solid electrolytes due to mixed ionic-electronic conduction. Matter 2021. DOI: 10.1016/j.matt.2021.08.004

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