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  5. Lithium Metal Penetration Induced by Electrodeposition through Solid Electrolytes: Example in Single-Crystal Li₆La₃ZrTaO₁₂ Garnet
 
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2018
Zweitveröffentlichung
Artikel
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Lithium Metal Penetration Induced by Electrodeposition through Solid Electrolytes: Example in Single-Crystal Li₆La₃ZrTaO₁₂ Garnet

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Hauptpublikation
Swamy_2018_J._Electrochem._Soc._165_A3648.pdf
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TUDa URI
tuda/10002
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-232297
DOI
10.26083/tuprints-00023229
Autor:innen
Swamy, Tushar
Park, Richard
Sheldon, Brian W. ORCID 0000-0002-9593-891X
Rettenwander, Daniel ORCID 0000-0002-2074-941X
Porz, Lukas ORCID 0000-0003-3163-085X
Berendts, Stefan
Uecker, Reinhard
Carter, W. Craig
Chiang, Yet-Ming ORCID 0000-0002-0833-7674
Kurzbeschreibung (Abstract)

Solid electrolytes potentially enable rechargeable batteries with lithium metal anodes possessing higher energy densities than today's lithium ion batteries. To do so the solid electrolyte must suppress instabilities that lead to poor coulombic efficiency and short circuits. In this work, lithium electrodeposition was performed on single-crystal Li₆La₃ZrTaO₁₂ garnets to investigate factors governing lithium penetration through brittle electrolytes. In single crystals, grain boundaries are excluded as paths for lithium metal propagation. Vickers microindentation was used to introduce surface flaws of known size. However, operando optical microscopy revealed that lithium metal penetration propagates preferentially from a different, second class of flaws. At the perimeter of surface current collectors smaller in size than the lithium source electrode, an enhanced electrodeposition current density causes lithium filled cracks to initiate and grow to penetration, even when large Vickers defects are in proximity. Modeling the electric field distribution in the experimental cell revealed that a 5-fold enhancement in field occurs within 10 micrometers of the electrode edge and generates high local electrochemomechanical stress. This may determine the initiation sites for lithium propagation, overriding the presence of larger defects elsewhere.

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Nichtmetallisch-Anorganische Werkstoffe (2025 umbenannt in "Fachgebiet Funktionskeramiken")
DDC
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
Journal of The Electrochemical Society
Jahrgang der Zeitschrift
165
Heftnummer der Zeitschrift
16
ISSN
1945-7111
Verlag
IOP Publishing
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2018
Verlags-DOI
10.1149/2.1391814jes
PPN
507934032

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