電動汽車、智能電網(wǎng)、航空航天等領(lǐng)域的快速發(fā)展對能源存儲系統(tǒng)提出了更高要求。隨著鋰離子電池的廣泛應(yīng)用，鋰金屬負(fù)極因其較高的理論比容量和較低的電化學(xué)電位廣受關(guān)注。然而在電化學(xué)沉積或剝離過程中，鋰金屬負(fù)極的體積變化、界面不穩(wěn)定性以及鋰枝晶生長等原因?qū)е碌?a href='http://jzr14e.cn/shushuo/dc/' target='_blank'>電池使用壽命縮短及安全問題，制約了鋰金屬電池的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。

　　近日，中國科學(xué)院過程工程研究所介科學(xué)研究部材料表界面研究小組針對固體電解質(zhì)界面 (SEI) 膜在充放電過程中的不穩(wěn)定性，提出了SEI膜擴(kuò)散受限的破裂機(jī)制。SEI層的不均勻結(jié)構(gòu)導(dǎo)致鋰離子的區(qū)域依賴擴(kuò)散動力學(xué)，從而導(dǎo)致鋰陽極的不均勻剝離過程。不均勻剝離在滑移線和均勻表面之間的邊界處產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致SEI層損壞。在滑移線和扭結(jié)處產(chǎn)生大量凹坑，表明此處存在不均勻剝離。
 
　　在擴(kuò)散受限的假設(shè)下，文章提出了在SEI層滑移線處施加外加磁場來增強(qiáng)鋰離子的擴(kuò)散。在MHD效應(yīng)下，鋰離子在滑移線和扭結(jié)中的傳導(dǎo)被加速，極大地改善了鋰離子在放電過程中的均勻剝離。

　　FIB-SEM和綜合電化學(xué)表征證實(shí)了SEI層擴(kuò)散限制損傷機(jī)制的合理性以及外加磁場提高界面鋰離子導(dǎo)電性的有效性。對不同類型電池(包括Li | Li對稱電池、Li | LCO電池和Li | Cu電池)的長期穩(wěn)定性檢查證實(shí)了磁場在抑制SEI層損傷中的作用。磁場的引入大大提高了各種電池系統(tǒng)的循環(huán)壽命和CE。鑒于磁場對鋰剝離過程的有利影響，文章認(rèn)為該方法可以方便地應(yīng)用于各種儲能系統(tǒng)，并為二次電池中的擴(kuò)散限制過程提供了一種新的解決方案。
 
　　相關(guān)研究成果以Diffusion Enhancement to Stabilize Solid Electrolyte Interphase為題，發(fā)表在Advanced Energy Materials上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會以及多相復(fù)雜系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項目的支持。