在粘弹性液体电解质中稳定电化学界面

引言

电沉积是用于制造金属/合金以及颗粒和聚合物材料涂层的多功能电化学工艺。该过程在缩短微电路和基于电池的电化学储能技术中也起着重要作用。在通常使用的牛顿液体电解质中，该过程基本上不稳定。 潜在的不稳定性与微电路的失效，电池电极上的树枝状结晶形成以及离子选择性膜中的极限电导有关。因此，必须对其进行仔细研究，以便在一系列工作温度和电流速率以及多次充放电循环中实现稳定和安全的运行。

成果简介

近日，康奈尔大学Lynden A. Archer（通讯作者）团队发现由非常高分子量中性聚合物的半稀溶液组成的粘弹性电解质可通过多种机制抑制上述不稳定性。电解液能够在没有电对流不稳定性的情况下工作的电压窗口ΔV显示出在粘弹性电解质中显著延长，并且满足电解粘度η的幂律函数ΔVη1/4。这种幂律关系在液/固界面处对离子迁移的抵抗力中得到了重现。经过多次实验观察粘弹性电解质能够实现许多金属的稳定电沉积，对活性金属如钠和锂有着最深刻的影响。相关成果以题为“Stabilizing electrochemical interfaces in viscoelastic liquid electrolytes”发表在了Science Advances上。

图文导读

图1 粘弹性电解质的电化学特性

（A）具有不同聚合物浓度的电解质的I-V曲线

（B-D）在（B）不含PMMA，（C）2wt％PMMA和（D）8wt％PMMA的电解质中测量的电压对时间的曲线

（E）在光学锂中测量的平均示踪粒子速度

（F）在对照和粘弹性液体电解质中测量的平均示踪粒子速度作为电流密度的函数

图2粘弹性液体电解质的物理特性

（A）PMMA-EC/PC（v/v，11）-1 M LiTFSI电解质的频率相关动态存储G'（实心符号）和损耗G“作为聚合物浓度的函数

（B）在25℃下零剪切粘度和电导率的浓度

（C）粘弹性电解质中的扩展稳定性状态作为电解质粘度的函数

（D）粘弹性液体电解质的DC离子电导率作为温度的函数

（E）从具有不同聚合物浓度的电解质中的EIS测量获得的奈奎斯特图

（F）对于电解质/ Li界面的ASR聚合物浓度作为电解质粘度的函数

图3 牛顿和粘弹性液体电解质中不同金属的电沉积分析

（A）平均锂枝晶尖端高度作为时间的函数

（B）平均钠枝晶尖端高度作为时间的函数

（C）不同金属的平均枝晶生长速率的比较

小结

该工作发现由非常高分子量中性聚合物的半稀溶液组成的粘弹性电解质可通过多种机制抑制上述不稳定性。这一发现对于高能电化学能量储存具有重要意义。