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Formation, Growth, and Shrinkage of Voids in Lithium Metal in Contact With an LLZO Electrolyte

Titelangaben

Lang, Sabrina ; Hennerici, Lukas ; Kramer, Dominik ; Avadanii, Diana ; Mück, Stefan ; Linz, Mario ; Kita, Jaroslaw ; Moos, Ralf ; Mönig, Reiner:
Formation, Growth, and Shrinkage of Voids in Lithium Metal in Contact With an LLZO Electrolyte.
In: ACS Applied Materials & Interfaces. Bd. 17 (2025) Heft 41 . - S. 56980-56990.
ISSN 1944-8252
DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.5c09594

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Angaben zu Projekten

Projekttitel:
Offizieller Projekttitel
Projekt-ID
FB2-AdBatt - Aerosoldeposition zur Herstellung von Batterien mit gradierter Kathode
03XP0441A

Projektfinanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Abstract

A leap forward in the energy density of solid-state batteries necessitates the successful implementation of metal electrodes. A serious problem of metal electrodes is their nonuniform deposition and dissolution, which can lead to dendrites and voids. Here, we report on formation, growth, and shrinkage of voids based on operando SEM observations of lithium metal in contact with a Li7La3Zr2O12 (LLZO) electrolyte. Our observations reveal a general tendency for the replenishment of voids upon redeposition of lithium. We explain this by gradients in the mechanical stress that act as driving forces for atom motion inside the electrode and thus feed lithium away from the interface back into existing voids, which restore the original shape of the electrode. During operation, lithium atoms are inserted or extracted at the interface, creating mechanical stresses inside the electrode. In electrodes with smaller lithium grains, we observe that the shape of voids is strongly influenced by the microstructure of the lithium metal and that grain boundaries can obstruct void growth. We consider diffusion along lithium grain boundaries and the inner surface of voids as important pathways for metal transport. We suggest that the local balance of the diffusive metal fluxes is responsible for the evolution of the shape of the metal electrode.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften > Lehrstuhl Funktionsmaterialien > Lehrstuhl Funktionsmaterialien - Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos
Profilfelder > Advanced Fields > Neue Materialien
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Bayreuther Materialzentrum - BayMAT
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Bayerisches Zentrum für Batterietechnik - BayBatt
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Eingestellt am: 13 Nov 2025 07:54
Letzte Änderung: 13 Nov 2025 07:54
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/95202