Застосування атомно-силової мікроскопії в дослідженні літій-іонних батарей
Літій-іонні батареї (LIB) наразі є найперспективнішими високоефективними джерелами живлення для зберігання хімічної енергії завдяки їх високій питомій енергії, довгому циклу служби, високим показникам безпеки та захисту навколишнього середовища. Останніми роками дослідницький напрямок LIBs в основному зосереджувався на дослідженні та розробці нових високоефективних матеріалів позитивного та негативного електродів, покращенні безпеки батареї шляхом зміни електроліту та покращенні стабільності плівки розділу твердого електроліту (твердий електроліт інтерфейс, SEI) на матеріалі негативного електрода. Плівка SEI відноситься до пасиваційного шару, що покриває поверхню електродного матеріалу, утвореного реакцією електроліту та електродного матеріалу на межі розділу між твердою та рідкою фазами під час першого процесу заряджання та розряджання LIB. Плівка SEI є електронним ізолятором із характеристиками твердого електроліту, але вона також є чудовим провідником іонів літію, що дозволяє іонам літію вільно інтеркалювати та екстрагувати цей шар, а її стабільність має великий вплив на продуктивність циклу. і безпеки літій-іонних акумуляторів LIB. великий вплив. Зазвичай електрохімічна імпедансна спектроскопія, раманівська спектроскопія, рентгенівська фотоелектронна спектроскопія, АСМ тощо використовуються для вивчення формування, зміни та функціонування плівок SEI, серед яких АСМ відіграє надзвичайно важливу роль у вивченні формування, деформації та розриву Плівки SEI. важлива роль.
У 1982 році поява скануючого тунельного мікроскопа (СТМ) уперше дозволила спостерігати в реальному часі розташування окремих атомів на поверхні речовини та фізичні та хімічні властивості, пов’язані з функцією поверхневої електронної густини. Однак принцип роботи STM полягає у використанні тунельного струму, який експоненціально змінюється з відстанню між зондом і провідною поверхнею для зображення. Тому матеріали, які може виявити СТМ, повинні бути електропровідними, що обмежує його застосування. Щоб заповнити цей недолік, у 1986 році БІННІГ та інші винайшли атомно-силовий мікроскоп (АСМ), використовуючи принцип зонда СТМ. АСМ може не тільки виявляти провідники, напівпровідникові матеріали, а й ізолятори, а також може аналізувати різні фізичні властивості в атмосфері, вакуумі, рідині та інших середовищах. Тому він має велике значення в дослідженнях поверхневої науки, матеріалознавства, науки про життя та інших галузей. Велике значення і широкі перспективи застосування.
Інноваційні точки та вирішені проблеми
Завдяки високій щільності енергії, тривалому терміну служби, безпеці та багатьом іншим перевагам літій-іонні акумулятори є найпопулярнішими портативними джерелами живлення в сучасному житті та мають широкі перспективи застосування. Щоб повністю розкрити потенціал літій-іонних батарей і сприяти їх практичному застосуванню, необхідно глибоко вивчити процес електродної реакції. Будучи потужним помічником у дослідженні літій-іонних батарей, атомно-силова мікроскопія (АСМ) може виявляти мікроскопічну морфологію поверхні електрода в реальному часі через взаємодію між атомами на кінчику електрода та атомами на поверхні електрода. і надають фізичну та хімічну інформацію про поверхню електрода в нанометровому масштабі. Це забезпечує експериментальну основу для оптимізації та модифікації електродних матеріалів і електролітів. У цьому документі розглядається останній прогрес застосування АСМ у дослідженні літій-іонних батарей, включаючи зміни морфології, наномеханічні властивості та електричні властивості електродних матеріалів в умовах електрохімічної реакції, вказуючи на те, що АСМ сприятиме подальшому прогресу досліджень літій-іонних батарей. .
З моменту появи технології AFM її широко використовували для аналізу LIB літій-іонних акумуляторів. Його здатність з низьким рівнем руйнування виявляти еволюцію морфології та властивостей у нанометровому масштабі корисна для глибшого розуміння LIB літій-іонних акумуляторів. Структура та відповідні властивості матеріалу анода та плівки SEI заклали міцну основу для розробки та дослідження LIB для літій-іонних батарей, а також сприяли розвитку літій-іонних батарей. У цій статті розглядається застосування та прогрес дослідження АСМ у дослідженні матеріалів позитивних і негативних електродів і плівок SEI з точки зору морфології, механічних властивостей та електрохімічних властивостей. Ці дослідження вказують на те, що АСМ ще має багато можливостей для розвитку в дослідженні та застосуванні літій-іонних батарей. Крім того, велика кількість досліджень виявила, що механічне вимірювання АСМ має значні переваги перед іншими методами визначення характеристик in situ, і цей метод має великий потенціал у спостереженні за механічною та структурною еволюцією міжфази та електродів за різних умов експлуатації батареї. Нарешті, розробка додаткових режимів сканування в поєднанні з іншими методами виявлення відкриває нові перспективи для застосування АСМ.
