Comportement de nucléation et de croissance du lithium métallique guidé par un MXene lithiophile

Résumé Les effets positifs d'un substrat lithiophile sur la performance électrochimique des anodes en lithium métallique sont confirmés dans plusieurs rapports, tandis que la compréhension du comportement de nucléation et de croissance du lithium métallique guidé par un substrat lithiophile reste encore insuffisante. Dans cette étude, l'effet d'une surface lithiophile sur les comportements de nucléation et de croissance du lithium métallique est examiné en utilisant un substrat MXene Ti 3 C 2 T x à grande surface avec un grand nombre de double hétéroatome oxygène et fluor. L'utilisation du substrat MXene entraîne une concentration élevée d'ions lithium ainsi que la formation de couches uniformes d'interface électrolyte solide (SEI) sur la surface lithiophile. L'interface solide-solide (couche MXene-SEI) affecte significativement la tension de surface des noyaux de lithium métallique déposés ainsi que le surpotentiel de nucléation, ce qui entraîne la formation de nanoparticules de lithium uniformément dispersées (≈ 10–20 nm de diamètre) sur toute la surface du MXene. Les nanoparticules de lithium primaires coalescent et s'agglomèrent préférentiellement en particules secondaires plus grandes tout en conservant leurs formes de particules primaires. Par la suite, elles forment des structures compactes, aboutissant à une couche métallique dense composée de microstructures particule par particule. Ce comportement distinctif de dépôt de lithium métallique conduit à des performances de cyclage hautement réversibles avec de fortes efficacités coulombiques > 99,0 % et une longue durée de vie de plus de 1000 cycles.