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鋰金屬固態電池已成為滿足人們對安全高效能源設備不斷提高的要求的一種有競爭力的選擇。然而，由于鋰（Li）絲的發展導致固態電解質（SSE）失效，阻礙了它的廣泛應用。根據晶粒大小和邊界強度不同的多晶陶瓷固態電解質的性質，應用了與電化學動力學相耦合的構成方程來描繪鋰絲發展所引起的損傷和相應的解體。

在此，西安交通大學劉洋洋，徐謝宇等人根據研究結果發現隨著鋰絲生長而產生的應力會通過晶界的打開和滑動而擴散。因此，損傷沿著晶界發生，其傳播行為和損傷程度受晶粒尺寸的控制。特別是，SSE 晶粒的過度細化和細化不足會分別導致損傷程度過大的絮狀損傷進而加速 SSE 的破壞時間。另一方面，通過強化 SSE 的晶界，可有效延長失效時間。最終，以 0.2 μm 的晶粒尺寸和 0.8 倍晶粒時間的晶界抗拉強度作為閾值，實現了基于 NASICON 的 SSE 的延遲失效。

圖1. 不同晶粒尺寸SSE內部應力場

總之，該工作基于Butler-Volmer電化學動力學，從可視化結果和應力場的演化過程可以看出。由于Li絲的增大，在Li/SSE界面出現了壓應力，導致GB的張開，界面附近的應力向外擴展到SSE的主體。因此，Li絲引起的損傷沿晶界傳播，在SSE體內部自發產生。另一方面，通過加強GB, SSE的損傷隨著時間的延長而減緩。

適當的晶粒細化和晶界強化可以避免絮凝損傷的有害破壞，延長SSE的循環壽命。通過采用先進燒結技術和使用燒結添加劑，確定了國標工程中NASICON SSE晶粒尺寸為0.2 μm，抗拉強度為晶粒強度的0.8倍，為NASICON SSE的優化值。因此，該工作提出的數值模型可以用于其他陶瓷陶瓷，從而促進固態鋰金屬電池作為有效的能源存儲系統在人類生活的各方面的廣泛應用。

圖2. 之前的實驗圖像與模型結果的比較

Grain size and grain boundary strength: dominative role in electro-chemo-mechanical failure of polycrystalline solid-state electrolytes, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103171

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西交EnSM：晶粒尺寸和晶界強度在多晶固態電解質電化學-機械失效中的主導作用

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