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Disconnected Lithium Metal Damages Solid-State Electrolytes

Avadanii, Diana ORCID iD icon 1; Ganschow, Steffen; Stypa, Markus; Müller, Sonja 1; Lang, Sabrina 1; Kramer, Dominik 1; Kirchlechner, Christoph 2; Mönig, Reiner 1
1 Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Angewandte Materialien – Werkstoff- und Grenzflächenmechanik (IAM-MMI), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Solid-state batteries with a lithium–metal anode are energy-storage devices that promise increased energy density and improved safety compared with liquid systems. Despite significant developments, the chemomechanical degradation of solid-state batteries represents a significant challenge to their widespread adoption. Specifically, Li-filled cracks (called “dendrites”) and electronically isolated Li inclusions (“dead” Li) are key defects resulting from coupled electrochemical and mechanical degradation during cycling. In this study, we use a symmetrical Li|LLZO|Li cell with a single-crystal electrolyte and demonstrate that an electronically isolated Li-metal inclusion exhibits bipolarity under an external electrical field, which leads to further crack expansion. We suggest that this process of “dead” metal activation accelerates chemomechanical degradation in solid-state batteries with alkali anodes.

Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte Materialien – Werkstoff- und Grenzflächenmechanik (IAM-MMI)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsdatum 11.04.2025
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2380-8195
KITopen-ID: 1000181173
Erschienen in ACS Energy Letters
Verlag American Chemical Society (ACS)
Band 10
Heft 4
Seiten 2061 – 2067
Vorab online veröffentlicht am 02.04.2025
Nachgewiesen in Scopus
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Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000181173
Veröffentlicht am 22.04.2025
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1021/acsenergylett.5c00101
Dimensions
Zitationen: 1
Seitenaufrufe: 9
seit 22.04.2025
Downloads: 1
seit 07.05.2025
Cover der Publikation
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