Primjena mikroskopije atomske sile u istraživanju Li-ion baterija
Litijum-jonske baterije (LIB) su trenutno najperspektivniji izvori energije za skladištenje hemijske energije visoke efikasnosti zbog svoje visoke specifične energije, dugog životnog veka, visokih performansi bezbednosti i zaštite životne sredine. Poslednjih godina, istraživački pravac LIB-a uglavnom se fokusirao na istraživanje i razvoj novih visokoefikasnih materijala pozitivnih i negativnih elektroda, poboljšanje performansi bezbednosti baterije promenom elektrolita i poboljšanje stabilnosti filma interfejsa čvrstog elektrolita (čvrsti elektrolit interfejs, SEI) na materijalu negativne elektrode. SEI film se odnosi na pasivacijski sloj koji pokriva površinu elektrodnog materijala formiranog reakcijom elektrolita i materijala elektrode na međufaznoj granici čvrsta-tečnost tokom prvog procesa punjenja i pražnjenja LIB-a. SEI film je elektronski izolator sa karakteristikama čvrstog elektrolita, ali je i odličan provodnik litijum-jona, omogućavajući litijum-jonima da se slobodno interkaliraju i ekstrahuju u ovom sloju, a njegova stabilnost ima veliki uticaj na performanse ciklusa. i sigurnost litijum-jonskih baterija LIB-ova. veliki uticaj. Obično se elektrohemijska impedansna spektroskopija, Ramanova spektroskopija, rendgenska fotoelektronska spektroskopija, AFM, itd. koriste za proučavanje nastanka, promjene i funkcije SEI filmova, među kojima AFM igra izuzetno važnu ulogu u proučavanju nastanka, deformacije i rupture SEI filmovi. važnu ulogu.
Godine 1982., pojavljivanje skenirajućeg tunelskog mikroskopa (STM) omogućilo je po prvi put da se u realnom vremenu promatra raspored pojedinačnih atoma na površini tvari i fizička i kemijska svojstva povezana s funkcijom površinske elektronske gustoće. Međutim, princip rada STM-a je da koristi tunelsku struju koja se eksponencijalno mijenja s rastojanjem između sonde i vodljive površine za snimanje. Stoga materijali koje STM može otkriti moraju biti provodljivi, što ograničava njegovu primjenu. Da bi nadoknadili ovaj nedostatak, 1986. BINNIG i drugi su izumili mikroskop atomske sile (AFM) koristeći princip sonde STM. AFM ne samo da može detektovati provodnike, poluprovodničke materijale, već i izolatorske materijale, i može analizirati različita fizička svojstva u atmosferi, vakuumu, tečnosti i drugim okruženjima. Stoga ima veliki značaj u istraživanjima nauke o površini, znanosti o materijalima, znanosti o životu i drugim oblastima. Veliki značaj i široki izgledi za primjenu.
Inovacijske točke i riješeni problemi
Zbog svoje velike gustine energije, dugog vijeka trajanja, sigurnosti i mnogih drugih prednosti, litijum-jonske baterije su najpopularniji prijenosni izvori energije u modernom životu i imaju široku perspektivu primjene. Kako bi se u potpunosti iskoristio potencijal litijum-jonskih baterija i promovirala njihova praktična primjena, potrebno je detaljno proučiti proces reakcije elektroda. Kao moćan asistent u istraživanju litijum-jonskih baterija, mikroskopija atomske sile (AFM) može otkriti mikroskopsku morfologiju površine elektrode u realnom vremenu kroz interakciju između atoma na vrhu elektrode i atoma na površini elektrode. i pružaju fizičke i hemijske informacije o površini elektrode u nanometarskoj skali. Pruža eksperimentalnu osnovu za optimizaciju i modifikaciju elektrodnih materijala i elektrolita. Ovaj rad daje pregled najnovijeg napretka primjene AFM-a u istraživanju litijum-jonskih baterija, uključujući promjene morfologije, nanomehaničkih svojstava i električnih svojstava elektrodnih materijala u uslovima elektrohemijske reakcije, što ukazuje da će AFM dalje promovirati napredak istraživanja litijum-jonskih baterija. .
Od pojave AFM tehnologije, široko se koristila u analizi LIB-ova Li-ion baterija. Njegova niskodestruktivna sposobnost da otkrije evoluciju morfologije i svojstava na nanometarskoj skali je od pomoći za dublje razumijevanje LIB-ova Li-ion baterija. Struktura i srodna svojstva anodnog materijala i SEI filma postavili su čvrste temelje za razvoj i istraživanje LIB-ova za litijum-jonske baterije, te dalje promovirali razvoj litijum-jonskih baterija. U ovom radu se razmatra primjena i istraživački napredak AFM u istraživanju materijala pozitivnih i negativnih elektroda i SEI filmova sa aspekta morfologije, mehaničkih svojstava i elektrohemijskih svojstava. Ove studije pokazuju da AFM još uvijek ima puno prostora za razvoj u istraživanju i primjeni Li-ion baterija. Osim toga, veliki broj studija je otkrio da mehaničko mjerenje AFM-a ima velike prednosti u odnosu na druge in situ tehnike karakterizacije, a ova metoda ima veliki potencijal u promatranju mehaničke i strukturne evolucije međufaze i elektroda pod različitim radnim uvjetima baterije. Konačno, razvoj dodatnih načina skeniranja u kombinaciji s drugim tehnikama detekcije otvara nove vidike za primjenu AFM-a.
