基于金属负极的电池，由于其高能量密度，使远程电动汽车和半电动卡车成为可能。然而在实际充电过程中控制金属离子的电沉积仍然是一个挑战。在电解质中加入添加剂阳离子提供了一种通过共电沉积来解决这一问题的途径，该方法可以调节生长前沿的成核和表面扩散过程。这为解决金属枝晶生长的问题提供了新的设计可能性。

近日，美国普渡大学Partha P. Mukherjee报道了发展了一种介观理论来研究共电沉积机理，并分析了底层电解质设计、材料选择和电化学络合作用对组成和形貌演变的影响。

文章要点

1）研究人员建立了一个粗晶动力学蒙特卡罗模型来捕捉共沉积形貌的动态演变，该模型考虑了电解质中的多重迁移、表面扩散和合金−电解质界面上的电化学反应机制。

2）基于介观模型，研究人员发现金属离子在电解质中的竞争输运和本征反应速率的细微变化控制了共沉积形态中各组分金属的组成和相对排列。添加的金属原子表现出增强的表面扩散动力学，填充了共沉积形貌中的多孔相，并形成了一个紧凑的结构，从而可以解决电解质消耗和SEI形成的问题。

3）研究人员还发现，即使是相对较小比例的添加剂阳离子在衬底上表现出较高的反应速率，也对稳定成核过程起着至关重要的作用。

这项研究对无枝晶共电沉积激活机理的基本理解将有助于下一代“双金属”电池体系的开发。

参考文献

Bairav S. Vishnugopi, et al, Co-Electrodeposition Mechanism in Rechargeable Metal Batteries, ACS Energy Lett. 2021

DOI：10.1021/acsenergylett.1c00677

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c00677