Penggunaan Mikroskopi Daya Atom dalam Penyelidikan Bateri Li-ion
Bateri litium-ion (LIB) pada masa ini merupakan sumber kuasa penyimpanan tenaga kimia kecekapan tinggi yang paling menjanjikan kerana tenaga khusus yang tinggi, hayat kitaran yang panjang, prestasi keselamatan yang tinggi dan perlindungan alam sekitar. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, hala tuju penyelidikan LIB terutamanya tertumpu pada penyelidikan dan pembangunan bahan elektrod positif dan negatif baru berkecekapan tinggi, meningkatkan prestasi keselamatan bateri dengan menukar elektrolit, dan meningkatkan kestabilan filem antara muka elektrolit pepejal (elektrolit pepejal). antara muka, SEI) pada bahan elektrod negatif. Filem SEI merujuk kepada lapisan pempasifan yang meliputi permukaan bahan elektrod yang dibentuk oleh tindak balas elektrolit dan bahan elektrod pada antara muka fasa pepejal-cecair semasa proses pengecasan dan nyahcas pertama LIB. Filem SEI ialah penebat elektronik dengan ciri-ciri elektrolit pepejal, tetapi ia juga merupakan konduktor ion litium yang sangat baik, membolehkan ion litium diseling dan diekstrak secara bebas dalam lapisan ini, dan kestabilannya mempunyai kesan yang besar terhadap prestasi kitaran. dan keselamatan bateri litium-ion LIB. impak besar. Biasanya, spektroskopi impedans elektrokimia, spektroskopi Raman, spektroskopi fotoelektron sinar-X, AFM, dll. digunakan untuk mengkaji pembentukan, perubahan dan fungsi filem SEI, antaranya AFM memainkan peranan yang sangat penting dalam mengkaji pembentukan, ubah bentuk dan pecahnya. filem SEI. peranan penting.
Pada tahun 1982, kemunculan mikroskop terowong pengimbasan (STM) membolehkan buat pertama kalinya untuk memerhati dalam masa nyata susunan atom individu pada permukaan bahan dan sifat fizikal dan kimia yang berkaitan dengan fungsi ketumpatan elektron permukaan. Walau bagaimanapun, prinsip kerja STM adalah menggunakan arus terowong yang berubah secara eksponen dengan jarak antara probe dan permukaan konduktif untuk pengimejan. Oleh itu, bahan yang dapat dikesan oleh STM mestilah konduktif, yang mengehadkan penggunaannya. Untuk mengimbangi kekurangan ini, pada tahun 1986, BINNIG dan yang lain mencipta mikroskop daya atom (AFM) menggunakan prinsip siasatan STM. AFM bukan sahaja boleh mengesan konduktor, bahan semikonduktor, tetapi juga bahan penebat, dan boleh menganalisis sifat fizikal yang berbeza dalam atmosfera, vakum, cecair dan persekitaran lain. Oleh itu, ia mempunyai kepentingan yang besar dalam penyelidikan sains permukaan, sains bahan, sains hayat dan bidang lain. Kepentingan yang besar dan prospek aplikasi yang luas.
Perkara Inovasi dan Masalah Selesai
Oleh kerana ketumpatan tenaga yang tinggi, hayat kitaran yang tinggi, keselamatan dan banyak kelebihan lain, bateri litium-ion ialah sumber kuasa mudah alih yang paling popular dalam kehidupan moden dan mempunyai prospek aplikasi yang luas. Untuk memberikan permainan sepenuhnya kepada potensi bateri litium-ion dan mempromosikan aplikasi praktikalnya, adalah perlu untuk mengkaji proses tindak balas elektrod secara mendalam. Sebagai pembantu yang berkuasa dalam penyelidikan bateri litium-ion, mikroskopi daya atom (AFM) boleh mengesan morfologi mikroskopik permukaan elektrod dalam masa nyata melalui interaksi antara atom di hujung elektrod dan atom pada permukaan elektrod , dan menyediakan maklumat fizikal dan kimia pada permukaan elektrod pada skala nanometer. Ia menyediakan asas eksperimen untuk pengoptimuman dan pengubahsuaian bahan elektrod dan elektrolit. Kertas kerja ini mengkaji kemajuan aplikasi terkini AFM dalam penyelidikan bateri litium-ion, termasuk perubahan morfologi, sifat nanomekanikal dan sifat elektrik bahan elektrod di bawah keadaan tindak balas elektrokimia, menunjukkan bahawa AFM akan terus mempromosikan kemajuan penyelidikan bateri litium-ion .
Sejak kemunculan teknologi AFM, ia telah digunakan secara meluas dalam analisis LIB bateri Li-ion. Keupayaan merosakkan rendahnya untuk mengesan evolusi morfologi dan sifat pada skala nanometer membantu untuk pemahaman yang lebih mendalam tentang LIB bateri Li-ion. Struktur dan sifat berkaitan bahan anod dan filem SEI telah meletakkan asas yang kukuh untuk pembangunan dan penyelidikan LIB untuk bateri litium-ion, dan seterusnya menggalakkan pembangunan bateri litium-ion. Dalam kertas kerja ini, aplikasi dan kemajuan penyelidikan AFM dalam penyelidikan bahan elektrod positif dan negatif serta filem SEI dikaji dari aspek morfologi, sifat mekanikal dan sifat elektrokimia. Kajian ini menunjukkan bahawa AFM masih mempunyai banyak ruang untuk pembangunan dalam penyelidikan dan penggunaan bateri Li-ion. Di samping itu, sejumlah besar kajian telah mendapati bahawa pengukuran mekanikal AFM mempunyai kelebihan yang besar berbanding teknik pencirian in situ yang lain, dan kaedah ini mempunyai potensi besar dalam memerhatikan evolusi mekanikal dan struktur antara fasa dan elektrod di bawah keadaan operasi bateri yang berbeza. Akhirnya, pembangunan mod pengimbasan tambahan bersama-sama dengan teknik pengesanan lain membuka pemandangan baharu untuk aplikasi AFM.
