Dendrite-Free Lithium Deposition via Self-Healing Electrostatic Shield Mechanism

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作者
Fei Ding,Wu Xu,Gordon L. Graff,Jian Zhang,Maria L. Sushko,Xilin Chen,Yuyan Shao,Mark Engelhard,Zimin Nie,Jie Xiao,Xingjiang Liu,Peter V. Sushko,Jun Liu,Ji‐Guang Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:135 (11): 4450-4456 被引量:1866
标识
DOI:10.1021/ja312241y
摘要

Rechargeable lithium metal batteries are considered the "Holy Grail" of energy storage systems. Unfortunately, uncontrollable dendritic lithium growth inherent in these batteries (upon repeated charge/discharge cycling) has prevented their practical application over the past 40 years. We show a novel mechanism that can fundamentally alter dendrite formation. At low concentrations, selected cations (such as cesium or rubidium ions) exhibit an effective reduction potential below the standard reduction potential of lithium ions. During lithium deposition, these additive cations form a positively charged electrostatic shield around the initial growth tip of the protuberances without reduction and deposition of the additives. This forces further deposition of lithium to adjacent regions of the anode and eliminates dendrite formation in lithium metal batteries. This strategy may also prevent dendrite growth in lithium-ion batteries as well as other metal batteries and transform the surface uniformity of coatings deposited in many general electrodeposition processes.
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