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Lithiophilic interlayer driven 'bottom-up' metal infilling in high current density Li-metal anodes

Ahad, Syed Abdul und Drews, Janina und Danner, Timo und Latz, Arnulf und Geaney, Hugh (2024) Lithiophilic interlayer driven 'bottom-up' metal infilling in high current density Li-metal anodes. Journal of Materials Chemistry A, 12 (20), Seiten 12250-12261. Royal Society of Chemistry. doi: 10.1039/D4TA01072H. ISSN 2050-7488.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ta/d4ta01072h

Kurzfassung

Lithium (Li) metal holds great potential for pushing practical energy densities beyond state-of the art Li-ion batteries. However, parasitic problems including Li dendrite formation can result in separator piercing, subsequent short-circuit and ultimately thermal runaway. Here we propose an innovative interlayer strategy that is guided by continuum simulations in 1D and 3D, which shows that materials with low Li nucleation overpotentials and high surface areas can enable spatially controlled plating of Li. This insight inspires an interlayer consisting of highly lithiophilic germanium nanowires (Ge NWs) coated on one side of a carbon cloth (CC). This anode geometry effectively unlocks Li infilling by a "bottom-up" motif during stripping/plating cycles. As a result, dendrite formation is eliminated, with the GeCC interlayer acting as a controlling Li reservoir during stripping/plating cycles. Ultra-stable symmetric cell performance up to 2500 h was achieved, with low overpotentials at high current density (2 mA cm-2) and plating capacity (2 mA h cm-2). Furthermore, aggressive higher current density (4 mA cm-2) and plating capacity (4 mA h cm-2) conditions were enabled by this approach. The high performing GeCC interlayer modified Li metal anodes were tested with LiFePO4 and NMC cathodes, facilitating greatly enhanced cyclic stability compared to control cells.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/204535/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Lithiophilic interlayer driven 'bottom-up' metal infilling in high current density Li-metal anodes
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ahad, Syed AbdulUniversity of LimerickNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Drews, JaninaJanina.Drews (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Danner, TimoTimo.Danner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2336-6059NICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Geaney, HughUniversity of LimerickNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:23 April 2024
Erschienen in:Journal of Materials Chemistry A
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:12
DOI:10.1039/D4TA01072H
Seitenbereich:Seiten 12250-12261
Verlag:Royal Society of Chemistry
ISSN:2050-7488
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Li-metal anode, continuum modelling, porous anode, bottom-up infilling, lithiophilic interlayer
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Speicher
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Drews, Janina
Hinterlegt am:07 Jun 2024 14:09
Letzte Änderung:11 Nov 2024 14:14

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