電動汽車、智能電網、航空航天等領域的快速發(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用，鋰金屬負極因其較高的理論比容量和較低的電化學電位廣受關注。然而在電化學沉積或剝離過程中，鋰金屬負極的體積變化、界面不穩(wěn)定性以及鋰枝晶生長等原因導致的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)化應用。

　　近日，中國科學院過程工程研究所介科學研究部材料表界面研究小組針對固體電解質界面 (SEI) 膜在充放電過程中的不穩(wěn)定性，提出了SEI膜擴散受限的破裂機制。SEI層的不均勻結構導致鋰離子的區(qū)域依賴擴散動力學，從而導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生裂紋，導致SEI層損壞。在滑移線和扭結處產生大量凹坑，表明此處存在不均勻剝離。
 
　　在擴散受限的假設下，文章提出了在SEI層滑移線處施加外加磁場來增強鋰離子的擴散。在MHD效應下，鋰離子在滑移線和扭結中的傳導被加速，極大地改善了鋰離子在放電過程中的均勻剝離。

　　FIB-SEM和綜合電化學表征證實了SEI層擴散限制損傷機制的合理性以及外加磁場提高界面鋰離子導電性的有效性。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，文章認為該方法可以方便地應用于各種儲能系統(tǒng)，并為二次電池中的擴散限制過程提供了一種新的解決方案。
 
　　相關研究成果以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基金委員會以及多相復雜系統(tǒng)國家重點實驗室項目的支持。