Li-ion batareyalarini tadqiq qilishda atom kuchi mikroskopini qo'llash
Lityum-ion batareyalar (LIB) hozirgi vaqtda yuqori o'ziga xos energiya, uzoq aylanish muddati, yuqori xavfsizlik ko'rsatkichlari va atrof-muhit muhofazasi tufayli eng istiqbolli yuqori samarali kimyoviy energiya saqlash quvvat manbalari hisoblanadi. So'nggi yillarda LIBlarning tadqiqot yo'nalishi asosan yangi yuqori samarali ijobiy va salbiy elektrod materiallarini tadqiq qilish va ishlab chiqishga, elektrolitni o'zgartirish orqali batareyaning xavfsizligi ko'rsatkichlarini yaxshilashga va qattiq elektrolitlar interfeysi plyonkasi (qattiq elektrolit) barqarorligini yaxshilashga qaratilgan. interfeysi, SEI) salbiy elektrod materialida. SEI plyonkasi LIBlarning birinchi zaryadlash va tushirish jarayonida qattiq-suyuqlik fazasi interfeysida elektrolit va elektrod materialining reaktsiyasi natijasida hosil bo'lgan elektrod materialining sirtini qoplaydigan passivatsiya qatlamini anglatadi. SEI plyonkasi qattiq elektrolitning xususiyatlariga ega bo'lgan elektron izolyatordir, lekin u lityum ionlarining ajoyib o'tkazgichi bo'lib, lityum ionlarini ushbu qatlamda erkin interkalatsiya qilish va ekstraksiya qilish imkonini beradi va uning barqarorligi tsiklning ishlashiga katta ta'sir ko'rsatadi. va lityum-ion batareyalar LIBs xavfsizligi. katta ta'sir. Odatda elektrokimyoviy impedans spektroskopiyasi, Raman spektroskopiyasi, rentgen fotoelektron spektroskopiyasi, AFM va boshqalar SEI plyonkalarining shakllanishi, o'zgarishi va funktsiyasini o'rganish uchun qo'llaniladi, ular orasida AFM ning shakllanishi, deformatsiyasi va yorilishini o'rganishda juda muhim rol o'ynaydi. SEI filmlar. muhim rol.
1982 yilda skanerlash tunnel mikroskopining (STM) paydo bo'lishi birinchi marta real vaqt rejimida moddaning yuzasida alohida atomlarning joylashishini va sirt elektron zichligi funktsiyasi bilan bog'liq fizik-kimyoviy xususiyatlarni kuzatish imkonini berdi. Biroq, STM ning ishlash printsipi tasvirlash uchun zond va o'tkazuvchan sirt orasidagi masofa bilan eksponent ravishda o'zgarib turadigan tunnel oqimidan foydalanishdir. Shuning uchun, STM aniqlay oladigan materiallar o'tkazuvchan bo'lishi kerak, bu esa uning qo'llanilishini cheklaydi. Ushbu kamchilikni to'ldirish uchun 1986 yilda BINNIG va boshqalar STM ning zond printsipidan foydalangan holda atom kuch mikroskopini (AFM) ixtiro qildilar. AFM nafaqat o'tkazgichlarni, yarim o'tkazgich materiallarini, balki izolyator materiallarini ham aniqlay oladi va atmosfera, vakuum, suyuqlik va boshqa muhitlarda turli jismoniy xususiyatlarni tahlil qilishi mumkin. Shuning uchun u sirtshunoslik, materialshunoslik, hayotshunoslik va boshqa sohalarni tadqiq qilishda katta ahamiyatga ega. Katta ahamiyatga ega va keng qo'llash istiqbollari.
Innovatsiya nuqtalari va hal qilingan muammolar
Yuqori energiya zichligi, yuqori aylanish muddati, xavfsizligi va boshqa ko'plab afzalliklari tufayli lityum-ion batareyalar zamonaviy hayotda eng mashhur portativ quvvat manbalari bo'lib, keng qo'llash istiqbollariga ega. Lityum-ion batareyalarning imkoniyatlarini to'liq o'ynash va ularni amaliy qo'llashni rag'batlantirish uchun elektrod reaktsiyasi jarayonini chuqur o'rganish kerak. Lityum-ionli batareyalarni tadqiq qilishda kuchli yordamchi sifatida atom kuch mikroskopiyasi (AFM) elektrod uchidagi atomlar va elektrod yuzasidagi atomlar o'rtasidagi o'zaro ta'sir orqali real vaqtda elektrod yuzasining mikroskopik morfologiyasini aniqlay oladi. , va nanometr shkalasida elektrod yuzasida fizik va kimyoviy ma'lumotlarni taqdim eting. Bu elektrod materiallari va elektrolitlarni optimallashtirish va o'zgartirish uchun eksperimental asosni beradi. Ushbu maqolada lityum-ion batareyalarni tadqiq qilishda AFM ning so'nggi qo'llanilishi, shu jumladan elektrokimyoviy reaktsiya sharoitida elektrod materiallarining morfologik o'zgarishlari, nanomexanik xususiyatlari va elektr xususiyatlari ko'rib chiqiladi, bu AFM lityum-ion batareyalarni tadqiq qilish jarayonini yanada rivojlantirishini ko'rsatadi. .
AFM texnologiyasi paydo bo'lganidan beri u Li-ion batareyalari LIBlarini tahlil qilishda keng qo'llanilgan. Uning nanometr shkalasida morfologiya va xususiyatlarning evolyutsiyasini aniqlash uchun past vayron qiluvchi qobiliyati Li-ion batareyalari LIBlarini chuqurroq tushunish uchun yordam beradi. Anod materiali va SEI plyonkasining tuzilishi va tegishli xususiyatlari lityum-ion batareyalar uchun LIBlarni ishlab chiqish va tadqiq qilish uchun mustahkam poydevor yaratdi va lityum-ion batareyalarning rivojlanishini yanada rag'batlantirdi. Ushbu maqolada ijobiy va salbiy elektrod materiallari va SEI plyonkalarini tadqiq qilishda AFM ning qo'llanilishi va tadqiqot taraqqiyoti morfologiya, mexanik xususiyatlar va elektrokimyoviy xususiyatlar aspektlaridan ko'rib chiqiladi. Ushbu tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, AFM hali ham Li-ion batareyalarini tadqiq qilish va qo'llashda rivojlanish uchun juda ko'p imkoniyatlarga ega. Bundan tashqari, ko'plab tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, AFM ning mexanik o'lchovi boshqa in situ xarakteristikasi texnikasi bo'yicha katta afzalliklarga ega va bu usul turli xil batareya ish sharoitlarida interfaza va elektrodlarning mexanik va strukturaviy evolyutsiyasini kuzatishda katta imkoniyatlarga ega. Va nihoyat, boshqa aniqlash usullari bilan birgalikda qo'shimcha skanerlash rejimlarini ishlab chiqish AFMni qo'llash uchun yangi ko'rinishlarni ochadi.
