Fast galvanic lithium corrosion involving a Kirkendall-type mechanism

原电池 腐蚀 化学 电化学 阳极 柯肯德尔效应 电偶阳极 锂(药物) 电偶腐蚀 电解质 无机化学 冶金 材料科学 电极 阴极保护 内分泌学 物理化学 有机化学 医学
作者
Dingchang Lin,Yayuan Liu,Yanbin Li,Yuzhang Li,Allen Pei,Jin Xie,William Huang,Yi Cui
出处
期刊:Nature Chemistry [Springer Nature]
卷期号:11 (4): 382-389 被引量:218
标识
DOI:10.1038/s41557-018-0203-8
摘要

Developing a viable metallic lithium anode is a prerequisite for next-generation batteries. However, the low redox potential of lithium metal renders it prone to corrosion, which must be thoroughly understood for it to be used in practical energy-storage devices. Here we report a previously overlooked mechanism by which lithium deposits can corrode on a copper surface. Voids are observed in the corroded deposits and a Kirkendall-type mechanism is validated through electrochemical analysis. Although it is a long-held view that lithium corrosion in electrolytes involves direct charge-transfer through the lithium–electrolyte interphase, the corrosion observed here is found to be governed by a galvanic process between lithium and the copper substrate—a pathway largely neglected by previous battery corrosion studies. The observations are further rationalized by detailed analyses of the solid–electrolyte interphase formed on copper and lithium, where the disparities in electrolyte reduction kinetics on the two surfaces can account for the fast galvanic process. Developing a stable metallic lithium anode is necessary for next-generation batteries; however, lithium is prone to corrosion, a process that must be better understood if practical devices are to be created. A Kirkendall-type mechanism of lithium corrosion has now been observed. The corrosion is fast and is governed by a galvanic process.
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