Atominės jėgos mikroskopijos taikymas tiriant ličio jonų baterijas
Ličio jonų baterijos (LIB) šiuo metu yra perspektyviausi didelio efektyvumo cheminės energijos kaupimo energijos šaltiniai dėl didelės specifinės energijos, ilgo ciklo veikimo, aukšto saugumo ir aplinkos apsaugos. Pastaraisiais metais LIB tyrimų kryptis daugiausia buvo orientuota į naujų didelio efektyvumo teigiamų ir neigiamų elektrodų medžiagų tyrimus ir kūrimą, baterijos saugos gerinimą keičiant elektrolitą ir kieto elektrolito sąsajos plėvelės (kieto elektrolito) stabilumo gerinimą. sąsaja, SEI) ant neigiamo elektrodo medžiagos. SEI plėvelė reiškia pasyvavimo sluoksnį, dengiantį elektrodo medžiagos paviršių, susidariusį reaguojant elektrolitui ir elektrodo medžiagai kietosios ir skysčio fazės sąsajoje pirmojo LIB įkrovimo ir iškrovimo proceso metu. SEI plėvelė yra elektroninis izoliatorius, turintis kieto elektrolito charakteristikas, tačiau jis taip pat yra puikus ličio jonų laidininkas, leidžiantis šiame sluoksnyje laisvai įsiterpti ir išgauti ličio jonus, o jos stabilumas turi didelę įtaką ciklo veikimui. ir ličio jonų akumuliatorių LIB sauga. didelis poveikis. Paprastai SEI plėvelių susidarymui, kaitai ir funkcijai tirti naudojama elektrocheminė varžos spektroskopija, Ramano spektroskopija, rentgeno fotoelektroninė spektroskopija, AFM ir kt., tarp kurių AFM vaidina itin svarbų vaidmenį tiriant plėvelių susidarymą, deformaciją ir plyšimą. SEI filmai. svarbus vaidmuo.
1982 m., atsiradus skenuojančiam tuneliniam mikroskopui (STM), pirmą kartą realiuoju laiku buvo galima stebėti atskirų atomų išsidėstymą medžiagos paviršiuje ir fizines bei chemines savybes, susijusias su paviršiaus elektronų tankio funkcija. Tačiau STM veikimo principas yra naudoti tuneliavimo srovę, kuri eksponentiškai keičiasi atsižvelgiant į atstumą tarp zondo ir laidžiojo paviršiaus vaizdavimui. Todėl medžiagos, kurias STM gali aptikti, turi būti laidžios, o tai riboja jų naudojimą. Siekdami kompensuoti šį trūkumą, 1986 m. BINNIG ir kiti išrado atominės jėgos mikroskopą (AFM), naudodami STM zondo principą. AFM gali aptikti ne tik laidininkus, puslaidininkines medžiagas, bet ir izoliacines medžiagas, taip pat gali analizuoti įvairias fizines savybes atmosferoje, vakuume, skysčiuose ir kitoje aplinkoje. Todėl ji turi didelę reikšmę paviršinio mokslo, medžiagų mokslo, gyvybės mokslo ir kitų sričių tyrimams. Didelė reikšmė ir plačios taikymo perspektyvos.
Inovacijų taškai ir problemos išspręstos
Dėl didelio energijos tankio, ilgo ciklo, saugumo ir daugelio kitų privalumų ličio jonų akumuliatoriai yra populiariausi nešiojamieji energijos šaltiniai šiuolaikiniame gyvenime ir turi plačias pritaikymo perspektyvas. Norint visiškai išnaudoti ličio jonų baterijų potencialą ir skatinti jų praktinį pritaikymą, būtina nuodugniai ištirti elektrodų reakcijos procesą. Kaip galingas asistentas tiriant ličio jonų baterijas, atominės jėgos mikroskopija (AFM) gali realiu laiku aptikti elektrodo paviršiaus mikroskopinę morfologiją, sąveikaudama tarp elektrodo galo atomų ir ant elektrodo paviršiaus esančių atomų. ir pateikti fizinę ir cheminę informaciją apie elektrodo paviršių nanometrų skalėje. Tai yra eksperimentinis pagrindas elektrodų medžiagų ir elektrolitų optimizavimui ir modifikavimui. Šiame darbe apžvelgiama naujausia AFM taikymo pažanga tiriant ličio jonų baterijas, įskaitant elektrodų medžiagų morfologijos pokyčius, nanomechanines savybes ir elektrines savybes elektrocheminės reakcijos sąlygomis, nurodant, kad AFM toliau skatins ličio jonų baterijų tyrimų pažangą. .
Nuo pat AFM technologijos atsiradimo ji buvo plačiai naudojama analizuojant ličio jonų akumuliatorių LIB. Jo mažai destruktyvus gebėjimas aptikti morfologijos ir savybių raidą nanometrų skalėje yra naudingas norint giliau suprasti ličio jonų akumuliatoriaus LIB. Anodo medžiagos ir SEI plėvelės struktūra ir susijusios savybės padėjo tvirtą pagrindą ličio jonų akumuliatorių LIB kūrimui ir tyrimams bei toliau skatino ličio jonų baterijų kūrimą. Šiame darbe AFM taikymas ir tyrimų pažanga tiriant teigiamų ir neigiamų elektrodų medžiagas bei SEI plėveles apžvelgiama morfologijos, mechaninių savybių ir elektrocheminių savybių aspektais. Šie tyrimai rodo, kad AFM vis dar turi daug erdvės plėtrai tiriant ir taikant ličio jonų baterijas. Be to, daugybė tyrimų parodė, kad mechaninis AFM matavimas turi didelių pranašumų, palyginti su kitais in situ apibūdinimo metodais, ir šis metodas turi didelį potencialą stebint mechaninę ir struktūrinę tarpfazių ir elektrodų raidą skirtingomis akumuliatoriaus veikimo sąlygomis. Galiausiai, papildomų nuskaitymo režimų kūrimas kartu su kitais aptikimo būdais atveria naujas AFM taikymo perspektyvas.
