Atomspēka mikroskopijas pielietojums litija jonu akumulatoru izpētē
Litija jonu akumulatori (LIB) pašlaik ir visdaudzsološākie augstas efektivitātes ķīmiskās enerģijas uzglabāšanas enerģijas avoti, pateicoties to augstajai īpatnējai enerģijai, ilgam ciklam, augstajiem drošības rādītājiem un vides aizsardzībai. Pēdējos gados LIB pētniecības virziens galvenokārt ir vērsts uz jaunu augstas efektivitātes pozitīvo un negatīvo elektrodu materiālu izpēti un izstrādi, uzlabojot akumulatoru drošības veiktspēju, mainot elektrolītu, un uzlabojot cietās elektrolīta saskarnes plēves (solid electrolyte) stabilitāti. saskarne, SEI) uz negatīvā elektroda materiāla. SEI plēve attiecas uz pasivācijas slāni, kas pārklāj elektroda materiāla virsmu, kas veidojas elektrolīta un elektroda materiāla reakcijas rezultātā cietās un šķidruma fāzes saskarnē LIB pirmā uzlādes un izlādes procesa laikā. SEI plēve ir elektronisks izolators ar cieta elektrolīta īpašībām, taču tā ir arī lielisks litija jonu vadītājs, ļaujot litija joniem brīvi interkalēties un ekstrahēt šajā slānī, un tās stabilitātei ir liela ietekme uz cikla veiktspēju. un litija jonu akumulatoru LIB drošība. liela ietekme. Parasti SEI plēvju veidošanās, maiņas un funkcijas pētīšanai izmanto elektroķīmiskās pretestības spektroskopiju, Ramana spektroskopiju, rentgena fotoelektronu spektroskopiju, AFM u.c., starp kurām AFM ir ārkārtīgi svarīga loma plēvju veidošanās, deformācijas un plīsuma pētījumos. SEI filmas. svarīga loma.
1982. gadā skenējošā tuneļmikroskopa (STM) parādīšanās ļāva pirmo reizi reāllaikā novērot atsevišķu atomu izvietojumu uz vielas virsmas un fizikālās un ķīmiskās īpašības, kas saistītas ar virsmas elektronu blīvuma funkciju. Tomēr STM darbības princips ir izmantot tuneļa strāvu, kas eksponenciāli mainās atkarībā no attāluma starp zondi un vadošo virsmu attēlveidošanai. Tāpēc materiāliem, kurus STM var noteikt, jābūt vadītspējīgiem, kas ierobežo tā pielietojumu. Lai kompensētu šo trūkumu, BINNIG un citi 1986. gadā izgudroja atomu spēka mikroskopu (AFM), izmantojot STM zondes principu. AFM var ne tikai noteikt vadītājus, pusvadītāju materiālus, bet arī izolatoru materiālus, kā arī analizēt dažādas fizikālās īpašības atmosfērā, vakuumā, šķidrumā un citās vidēs. Tāpēc tai ir liela nozīme virsmas zinātnes, materiālzinātnes, dzīvības zinātnes un citu jomu pētniecībā. Liela nozīme un plašas pielietošanas iespējas.
Inovācijas punkti un problēmas atrisinātas
Pateicoties augstajam enerģijas blīvumam, augstajam ciklam, drošībai un daudzām citām priekšrocībām, litija jonu akumulatori ir populārākie pārnēsājamie strāvas avoti mūsdienu dzīvē, un tiem ir plašas pielietojuma iespējas. Lai pilnībā izmantotu litija jonu akumulatoru potenciālu un veicinātu to praktisko pielietojumu, ir nepieciešams padziļināti izpētīt elektrodu reakcijas procesu. Kā spēcīgs palīgs litija jonu akumulatoru izpētē, atomu spēka mikroskopija (AFM) var noteikt elektrodu virsmas mikroskopisko morfoloģiju reāllaikā, mijiedarbojoties starp atomiem elektroda galā un atomiem uz elektroda virsmas. , un sniedz fizikālu un ķīmisku informāciju par elektrodu virsmu nanometru mērogā. Tas nodrošina eksperimentālu bāzi elektrodu materiālu un elektrolītu optimizēšanai un modificēšanai. Šajā rakstā ir apskatīts jaunākais AFM pielietošanas progress litija jonu akumulatoru izpētē, tostarp elektrodu materiālu morfoloģijas izmaiņas, nanomehāniskās īpašības un elektriskās īpašības elektroķīmiskas reakcijas apstākļos, norādot, ka AFM turpinās veicināt litija jonu akumulatoru pētniecības progresu. .
Kopš AFM tehnoloģijas parādīšanās tā ir plaši izmantota litija jonu akumulatoru LIB analīzē. Tā mazi destruktīvā spēja noteikt morfoloģijas un īpašību attīstību nanometru mērogā ir noderīga, lai dziļāk izprastu litija jonu akumulatoru LIB. Anoda materiāla un SEI plēves struktūra un saistītās īpašības ir radījušas stabilu pamatu litija jonu akumulatoru LIB izstrādei un izpētei, kā arī veicinājušas litija jonu akumulatoru attīstību. Šajā rakstā ir apskatīts AFM pielietojums un izpētes gaita pozitīvo un negatīvo elektrodu materiālu un SEI plēvju izpētē no morfoloģijas, mehānisko īpašību un elektroķīmisko īpašību aspektiem. Šie pētījumi liecina, ka AFM joprojām ir daudz vietas attīstībai litija jonu akumulatoru izpētē un lietošanā. Turklāt daudzos pētījumos ir atklāts, ka AFM mehāniskajai mērīšanai ir lielas priekšrocības salīdzinājumā ar citām in situ raksturošanas metodēm, un šai metodei ir liels potenciāls starpfāžu un elektrodu mehāniskās un strukturālās attīstības novērošanā dažādos akumulatora darbības apstākļos. Visbeidzot, papildu skenēšanas režīmu izstrāde kopā ar citām noteikšanas metodēm paver jaunas iespējas AFM lietošanai.
