Lithium Metal Anodes and Rechargeable Lithium Metal Batteries

این کتاب پوشش جامعی از آندهای فلزی لیتیوم (Li) برای باتری های قابل شارژ ارائه می دهد. لی یک ماده آند ایده‌آل برای باتری‌های قابل شارژ است که به دلیل ظرفیت ویژه تئوری بسیار بالا (3860 میلی‌آمپر ساعت در گرم-1)، چگالی کم (0.59 گرم در سانتی‌متر در 3) و پایین‌ترین پتانسیل الکتروشیمیایی منفی (-3.040 V در مقابل هیدروژنالکترودهای استاندارد) است. . متأسفانه، رشد غیرقابل کنترل لی دندریتی و راندمان کولمبی محدود در طول رسوب لیتیوم / جداسازی ذاتی این باتری ها از کاربردهای عملی آنها در 40 سال گذشته جلوگیری کرده است. با ظهور باتری‌های پست Liion، عملکرد ایمن و کارآمد آندهای فلزی لیتیوم به یک فناوری توانمند تبدیل شده است که ممکن است سرنوشت چندین نامزد امیدوارکننده برای نسل بعدی سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، از جمله باتری‌های قابل شارژ Li-air، باتری‌های Li-S را تعیین کند. و باتری های فلز لیتیوم که از ترکیبات درون یابی به عنوان کاتد استفاده می کنند.

در این کار، عوامل مختلفی که بر مورفولوژی و راندمان کولمبی آندهای لیتیوم تأثیر می گذارند، تجزیه و تحلیل می شوند. نویسندگان همچنین فناوری‌های مورد استفاده برای توصیف مورفولوژی رسوب لی و نتایج به‌دست‌آمده با مدل‌سازی رشد دندریت لی را ارائه می‌کنند. در نهایت، پیشرفت‌های اخیر، به‌ویژه رویکردهای جدید که امکان عملکرد ایمن و کارآمد آندهای فلز لیتیوم را در چگالی جریان بالا فراهم می‌کنند، بررسی می‌شوند. نیاز مبرم و دیدگاه ها در این زمینه نیز مورد بحث قرار می گیرد. درک اساسی و رویکردهای ارائه شده در این کار برای کاربرد آندهای فلز لیتیوم حیاتی خواهد بود. اصول و رویکردهای کلی را می توان در سایر الکترودهای فلزی و رسوب الکتروشیمیایی کلی فیلم های فلزی نیز به کار برد.

This book provides comprehensive coverage of Lithium (Li) metal anodes for rechargeable batteries. Li is an ideal anode material for rechargeable batteries due to its extremely high theoretical specific capacity (3860 mAh g-1), low density (0.59 g cm-3), and the lowest negative electrochemical potential (−3.040 V vs. standard hydrogenelectrodes). Unfortunately, uncontrollable dendritic Li growth and limited Coulombic efficiency during Li deposition/stripping inherent in these batteries have prevented their practical applications over the past 40 years. With the emergence of post Liion batteries, safe and efficient operation of Li metal anodes has become an enabling technology which may determine the fate of several promising candidates for the next generation energy storage systems, including rechargeable Li-air batteries, Li-S batteries, and Li metal batteries which utilize intercalation compounds as cathodes.

In this work, various factors that affect the morphology and Coulombic efficiency of Li anodes are analyzed. The authors also present the technologies utilized to characterize the morphology of Li deposition and the results obtained by modeling of Li dendrite growth. Finally, recent developments, especially the new approaches that enable safe and efficient operation of Li metal anodes at high current densities are reviewed. The urgent need and perspectives in this field are also discussed. The fundamental understanding and approaches presented in this work will be critical for the applicationof Li metal anodes. The general principles and approaches can also be used in other metal electrodes and general electrochemical deposition of metal films.