ИСТИНА

Металлический литиевый анод является перспективной более энергоёмкой альтернативой традиционному интеркаляционному графитовому аноду для литий-ионных аккумуляторов. Однако практическое применение таких анодов на данный момент невозможно, т.к. при электроосаждении лития (т.е. в процессе заряда аккумулятора) на поверхности металлического анода происходит рост дендритов или «вискеров». Постоянный рост такого осадка провоцирует нежелательные реакции электролита со «свежей» поверхностью лития. Кроме того, иглообразные кристаллиты могут пронизывать сепаратор, что приводит к короткому замыканию и даже возгоранию аккумулятора. Имеющиеся экспериментальные данные свидетельствует о том, что рост вискера происходит от основания, т.е. питается за счёт массопереноса под поверхностью металла. По аналогии с эффектом на олове, предполагается, что рост литиевых вискеров является следствием механических напряжений, возникающих в приповерхностном слое поликристалла в результате электроосаждения нового лития. Целью работы является систематическое моделирование процессов массопереноса в поликристаллическом литии для установления конкретного механизма роста вискеров. Работа обобщает предыдущие результаты молекулярно-динамического моделирования самодиффузии лития, включающие расчёт коэффициентов диффузии точечных дефектов [1] и оценку подвижности атомов в аморфной зоне на границах зёрен [2]. Кроме того, впервые представлены оценки равновесных значений концентраций точеных дефектов (вакансий и междоузельных атомов), которые были получены с помощью моделирования слоя металла с открытыми поверхностями, являющимися стоком/истоком для точечных дефектов. Также, наложение внешней силы на атомы в ячейке моделирования, включающей два кристаллита и границу между ними, позволило установить, что поток атомов лития по границе зёрен линейно зависит от градиента свободной энергии, т.е. реализуется режим течения вязкой жидкости. Наконец, метод дискретных элементов был применён для моделирования реалистичной структуры границ зёрен, которая в свою очередь была использована для оценки эффективных транспортных характеристик сетки границ зёрен в поликристалле. Обобщение результатов атомистического моделирования на макро-масштаб, позволило сделать оценки вкладов различных механизмов в процесс массопереноса и сравнить их скоростью роста дендритов, наблюдаемой в эксперименте. Работа поддержана грантом Президента Российской Федерации № МК-3049.2022.1.3. Литература 1. Sergeev A. V. et al. Materialia Anomalous temperature dependence of self-interstitial diffusivity in metallic lithium and sodium // Materialia. Elsevier B.V., 2023. Vol. 28, № January. P. 101718. 2. Sergeev A. V. et al. Computational insight into the grain boundary structure and atomic mobility in metallic lithium // Acta Mater. Elsevier Ltd, 2022. Vol. 233. P. 117988.