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鋰石榴石Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)固態電解質在固態電池中的應用因其與金屬鋰的差的潤濕性而受到嚴重阻礙。

瑞士蘇黎世聯邦理工學院Maksym V. Kovalenko、Kostiantyn V. Kravchyk等人選擇Sb作為LLZO固態電解質和金屬鋰之間的界面層，從而改善LLZO表面上的鋰潤濕性。

對5到100 nm不同厚度的Sb層的比較表明，濺射有≈10 nm Sb層的LLZO顆粒與較薄(5 nm)、較厚(20–100 nm) Sb涂層或未涂層LLZO相比，具有最低的界面電阻（4.1 Ohm cm²）。

在室溫且無需外部壓力的情況下，Li/10-nm-Sb-LLZO/Li對稱電池在0.2 mA cm^-2的電流密度下表現出高達0.64 mA cm^-2的高臨界電流密度和40-50 mV的低過電位。

圖1 Sb包覆LLZO顆粒的表征

作者采用X射線光電子能譜和聚焦離子束飛行時間二次離子質譜法對Sb涂層 LLZO界面的原子洞察表明，Sb涂層LLZO表面有效沉積/剝離鋰的主要因素是Li-Sb合金的形成。Li-Sb合金可在Li/LLZO界面實現有效的鋰離子和電子滲透，并有效地減少沉積/剝離鋰時空穴和鋰晶須的形成。

此外，作者還使用嵌入型 V₂O₅正極評估了Sb涂層LLZO固態電解質的電化學性能。Li/Sb涂層的 LLZO/V₂O₅全電池可提供約0.45 mAh cm^-2的穩定面積容量，峰值電流密度為0.3 mA cm^-2。

圖2 對稱電池性能

Building a Better Li-Garnet Solid Electrolyte/Metallic Li Interface with Antimony. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102086

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