软金属在电化学过程中的晶粒选择生长：解锁固态电池性能提升新密码

为解决碱金属阳极应用于全固态电池（尤其在低堆压下）面临的挑战，研究人员开展软金属在电化学过程中晶粒选择生长的研究。他们构建热力学理论和相场模型，发现固态锂电池动力学限制原因，开发出 LixSi1?x种子层，有助于提升电池性能。

　　在全固态电池中使用碱金属阳极极具挑战性，特别是在低堆压条件下。虽然人们在研究碱金属（如锂镀层和枝晶）的形态方面付出诸多努力，但对其织构（指晶粒取向特定而非随机分布）的探索却很少。等离子聚焦离子束 - 电子背散射衍射（PFIB-EBSD）技术可在各种电化学镀覆和剥离条件下对金属织构进行表征，同时结合基于热力学理论构建的相场模型辅助研究。该研究聚焦于表面能和应变能在碱金属织构形成过程中的竞争关系。了解碱金属原子扩散和表面能如何主导电化学过程中的晶粒选择生长，有助于解释使用金属阳极的固态电池（尤其是在室温下）的动力学限制。基于这种机理认知，可通过界面工程实现理想织构，提高高电流密度下的镀覆 / 剥离效率。软金属（如锂和钠）因其高能量密度在电池技术中至关重要。软金属在电化学过程中通过晶粒选择生长形成织构，这是影响电池功率和安全性的关键因素。研究人员构建了通用的热力学理论和相场模型来研究软金属的晶粒选择生长，重点关注表面能与原子迁移相关的内应变能在晶粒选择生长中的相互作用。软金属原子表面能的各向异性和扩散势垒导致了晶粒选择生长的差异。研究发现固态锂金属电池的动力学限制源于负载应力诱导的表面能各向异性。这些发现促使研究人员开发出非晶态 Li_xSi_1?x（0.50 < x < 0.79）种子层，通过控制晶粒选择生长，提高了无阳极锂固态电池在室温下的临界电流密度。