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楊陽/單曉楠AEM: 局部電化學(xué)環(huán)境對(duì)電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和枝晶最小化的影響

不可控的枝晶生長與不均勻的反應(yīng)環(huán)境密切相關(guān)，包括局部離子濃度和電流密度、電勢(shì)分布和表面擴(kuò)散系數(shù)。然而，目前仍缺乏探測(cè)局部電化學(xué)環(huán)境（LEE）的理解和分析方法。

在此，美國休斯頓大學(xué)單曉楠教授、David Mayerich及中佛羅里達(dá)大學(xué)楊陽教授等人研究了LEE對(duì)金屬電鍍/剝離動(dòng)力學(xué)和枝晶最小化的影響。作者開發(fā)了一種新穎的原位3D 顯微鏡技術(shù)，用于對(duì)Zn-Mn負(fù)極上的Zn電鍍/剝離過程的形態(tài)動(dòng)力學(xué)和沉積速率進(jìn)行成像。

使用原位3D顯微鏡，可以直接對(duì)反應(yīng)過程中的電極形態(tài)變化進(jìn)行成像，并獲得不同時(shí)間點(diǎn)的Zn沉積速率圖。作者發(fā)現(xiàn)Zn沉積不均勻、沉積厚度與LEE高度相關(guān)，而沉積/剝離速率取決于位置，并且與LEE效應(yīng)和電極幾何形狀相關(guān)。

圖1. 鋅電鍍/剝離動(dòng)力學(xué)的可視化

為了獲得局部離子濃度、電勢(shì)分布和電流密度（LEE參數(shù)），作者采用數(shù)字孿生技術(shù)來構(gòu)建真實(shí)3D Zn-Mn電極的虛擬復(fù)制品。將電極的3D形態(tài)導(dǎo)入 COMSOL Multiphysics模型，并計(jì)算不同時(shí)間的LEE參數(shù)。結(jié)果表明，電極形態(tài)將決定局部離子濃度分布和局部電流密度，并顯著影響局部Zn沉積/剝離速率。

此外，3D 電極表面的曲率是影響反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和枝晶形成的關(guān)鍵因素。最后，作者還提取和研究了Zn成核密度和分布。本文獲得的結(jié)果提供了一種通過控制LEE和優(yōu)化電極幾何形狀來最小化枝晶形成的新策略。

圖2. 使用數(shù)字孿生了解LEE對(duì)鋅沉積的影響

Probe the Localized Electrochemical Environment Effects and Electrode Reaction Dynamics for Metal Batteries using In Situ 3D Microscopy, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202103484

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/11/7f3c6b79df/

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