Stabilizing the Li Metal Interface: Molecular Layer Deposition for Advanced Next-Generation Energy Storage Systems
Notice bibliographique
Résumé
The Li metal anode is sought-after for its high theoretical capacity (3860 mAh g-1) and low electrochemical potential (-3.04 V versus the standard hydrogen electrode). Nevertheless, the intrinsic instability of the Li metal towards both solid and liquid electrolytes leads to unstable solid electrolyte interphase (SEI) formation and dendritic lithium, causing safety concerns and rapid performance degradation [1]. Among the potential techniques used to protect the Li metal surface and inhibit dendrite growth, molecular layer deposition (MLD) has proven to be an invaluable tool for the development of nanoscale interfacial coatings with unique properties [2]. The layer-by-layer assembly of molecular fragments and conformal coating abilities of MLD yield the ability to tune the chemical and mechanical properties of the Li metal interface. It is believed that the exploration and adoption of new MLD films will open up new avenues for stabilizing the Li metal anode. Herein, we show several examples of high-performance Li metal anodes in liquid and solid-state systems achieved by polymeric coatings synthesized through MLD techniques [3-8]. New hybrid organic-inorganic coatings belonging to the metalcone family are shown to dramatically enhance the Coulombic efficiency and rate capability of Li metal anodes. Furthermore, the rational design and ordering of these coatings coupled with inorganic atomic layer deposition coatings reveal the importance of bilayer type structures in promoting enhanced mechanical properties for suppressing dendrite growth. The stabilizing properties of these advanced thin films are further extended to several next-generation battery systems including Li-S and Li-O2, proving effective when coupled with high energy density cathode materials. Moreover, advanced characterization techniques such as in-situ X-ray absorption spectroscopy, nanoindentation measurements, Rutherford backscattering spectrometry, and time-of-flight secondary ion mass spectrometry are used to reveal the mechanisms behind the electrochemical lithiation processes as well as cycling stability. References [1] Cheng, X.B.; Zhang, R.; Zhao, C.Z.; Zhang Q. Toward Safe Lithium Metal Anode in Rechargeable Batteries: A Review. Chem. Rev., 2017, 117, 10403-10473. [2] Meng, X.; Yang, X.Q.; Sun, X. Emerging applications of atomic layer deposition for lithium-ion battery studies. Adv. Mater., 2012, 24, 3589-3615. [3] Zhao, Y.; Goncharova, L.V.; Sun, Q.; Li, X.; Lushington, A.; Wang, B.; Li, R.; Dai, F.; Cai, M.; Sun, X. Robust Metallic Lithium Anode Protection by the Molecular Layer Deposition Technique. Small Methods, 2018, 2, 1700417. [4] Adair, K.R.; Zhao, C.; Banis, M.N.; Zhao, Y.; Li, R.; Cai, M.; Sun, X. Highly Stable Lithium Metal Anode Interface via Molecular Layer Deposition Zircone Coatings for Long Life Next-Generation Battery Systems. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 15797-15802. [5] Sun, Y.; Zhao, Y.; Wang, J.; Liang, J.; Wang, C.; Sun, Q.; Lin, X.; Adair, K.R., Luo, J.; Wang, D.; Li, R.; Cai, M.; Sham, T.K.; Sun, X. A Novel Organic “Polyurea” Thin Film for Ultralong‐Life Lithium‐Metal Anodes via Molecular‐Layer Deposition. Adv. Mater. 2019, 31, 1806541. [6] Zhao, Y.; Amirmaleki, M.; Sun, Q.; Zhao, C.; Codirenzi, A.; Goncharova, L.V.; Wang, C.; Adair, K.; Li, X.; Yang, X.; Zhao, F.; Li, R.; Filleter, T.; Cai, M.; Sun, X. Natural SEI-Inspired Dual-Protective Layers via Atomic/Molecular Layer Deposition for Long-Life Metallic Lithium Anode. Matter, 2019, 1, 1215-1231. [7] Wang, C.; Zhao, Y.; Sun, Q.; Li, X.; Liu, Y.; Liang, J.; Li, X.; Lin, X.; Li, R.; Adair, K.R.; Zhang, L.; Yang, R.; Lu, S.; Sun, X. Stabilizing interface between Li10SnP2S12 and Li metal by molecular layer deposition. Nano Energy, 2018, 53, 168-174.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».