圖6是不同電位下鋰在鋁電極上電沉積的計時電流曲線。由圖可得,當電位為200mV 時,計時電流曲線表現(xiàn)為電流單調(diào)下降然后趨于穩(wěn)定的過程,這主要是由于在該電位下,鋰離子還沒有在鋁電極 上 發(fā) 生 沉 積 反 應(yīng);而 電 位 為 80、100、120、150mV 時的計時電流曲線均可劃分為3個不同的區(qū)域:A 為電流衰竭部分;B 為電流緩慢上升部分;C為電流趨于穩(wěn)定部分。A 區(qū)域電流衰竭主要是由于對電極表面的雙電層充電以及生成了 α相Li-Al合金。將 A 區(qū)域的電流 (i)與時間平方根倒數(shù) (t-1/2)作關(guān)系曲線,如圖7(a)所示。由圖可知,在不同電位下獲得的曲線都具有良好的線性關(guān)系,由此可以得出該過程的控制步驟是鋰在鋁基體內(nèi)的擴散。通過以下 Cottrell公式可計算該擴散系數(shù)圖6 鋁電極在 LiTFSI/NaTf熔鹽中的計時電流曲線Fig.6 ChronoamperogramonaluminumelectrodeinLiTFSI/NaTf (molarratio1∶3)moltensaltelectrolyte (T=240℃)i(t)=nFS(Ct -C0) D槡πt (2)式中 F 為法拉第常數(shù),F=96485C·mol-1;Ct為α合金相中鋰的飽和濃度,240℃ 時,Ct=3.6mol·L-1;C0 為鋰在鋁中的最初濃度,C0=0;D為擴散系數(shù);n為電荷轉(zhuǎn)移數(shù),n=1;S 為電極面積;t為反應(yīng)時間。
由式(2)計 算 得 到 擴 散 系 數(shù) D=1.7×10-10cm2 ·s-1, 該 數(shù) 據(jù) 小 于 文 獻 [32] 在 450℃ 下LiCl-KCl熔 鹽 中 測 得 的 擴 散 系 數(shù) ,但是大于文獻 在室溫1 mol·L-1的 LiClO4/PC溶液中測得的擴散系數(shù) (2.4×10-11cm2·s-1)。通常情況下,擴散系數(shù)會隨著溫度的升高而有所增大,因此,本文測得的擴散系數(shù)數(shù)據(jù)符合該變化趨勢。B部分電流的緩慢上升,一般可以歸結(jié)為晶核在電極表面生長造成的。對電流和時間平方根作曲線,如圖7(b)所示,呈線性關(guān)系。因此,可以認為 在 LiTFSI/NaTf熔鹽中,鋰在鋁電極上的電極過程可能經(jīng)歷了三維半球瞬間成核機制;然而文獻表明該理論一般只在電極面積不發(fā)生變化時適用,因此,尚需利用其他測試技術(shù)研究該成核機制。由于電沉積一定時間后相鄰晶核重疊,電極面積不再發(fā)生顯著增大,導(dǎo)致電流的增勢減緩,最后趨于穩(wěn)定進入C階段。
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