أثر الشوائب السطحية الناتجة عن تبادل البروتونات على الكيمياء الكهروكيميائية البينية للكهارل الصلبة من نوع غارنيت

تُشكل خسارة الاتصال وتقييد التيار تحديات كبيرة عند واجهة معدن الليثيوم في البطاريات ذات الحالة الصلبة. بالنسبة لـ Li7La3Zr2O12 (LLZO) ذي الهيكل الغارنيتي، تتفاقم هذه التأثيرات بسبب عمليات تبادل Li+/H+ والتفاعلات الناتجة عن تلوث السطح، مما يؤدي إلى فقدان الموصلية وضعف ترطيب الليثيوم. في هذه الدراسة، نستخدم مجموعة متنوعة من عمليات معالجة السطح عبر 37 خلية لتحفيز تبادل البروتونات والتفاعلات الناتجة عن التلوث بشكل انتقائي في LLZO. يتم توصيف الكيمياء السطحية والكلية الناتجة بشكل منهجي وربطها بالتغيرات في الخصائص الكهروكيميائية. بالإضافة إلى ذلك، نجمع بين تحليل الإم impedances ونمذجة الطريقة العنصرية لفك مصادر مساهمات impedances عند واجهة معدن الليثيوم. على وجه التحديد، نوضح أن مقاومة التقييد عند واجهة معدن الليثيوم لا تتأتى فقط من الفراغات، بل أيضًا من الشوائب السطحية المقاومة الأيونية. تسلط هذه النتائج الضوء على العلاقة بين الموصلية الأيونية والتقييد، مما يوضح أن المكونات المقاومة الأيونية على مقياس الميكرون تزيد من التقييد حتى مع أشكال الاتصال المتطابقة. أخيرًا، نستغل مجموعة البيانات الشاملة لدينا لتسليط الضوء على نمو الفرق المحتمل غير المستقر كآلية للفشل، مع عرض إضافي يُظهر أن طور impedance خلية يُعد مؤشرًا حسّاسًا لبداية عدم الاستقرار البيني. بشكل عام، توضح هذه الدراسة آثار تبادل البروتونات وتلوث السطح على الخصائص الكهروكيميائية عند واجهة Li|الكهارل الصلبة وتوضح الرؤى التي يمكن تعميمها على أنظمة البطاريات ذات الحالة الصلبة الأخرى.