Примена микроскопије атомске силе у истраживању литијум-јонских батерија
Литијум-јонске батерије (ЛИБ) су тренутно најперспективнији извори енергије за складиштење хемијске енергије високе ефикасности због своје високе специфичне енергије, дугог века трајања, високих перформанси безбедности и заштите животне средине. Последњих година, истраживачки правац ЛИБ-а се углавном фокусирао на истраживање и развој нових високоефикасних материјала за позитивне и негативне електроде, побољшање перформанси безбедности батерије променом електролита и побољшање стабилности филма интерфејса чврстог електролита (чврсти електролит интерфејс, СЕИ) на материјалу негативне електроде. СЕИ филм се односи на слој пасивације који покрива површину електродног материјала формираног реакцијом електролита и материјала електроде на интерфејсу чврсте и течне фазе током првог процеса пуњења и пражњења ЛИБ-ова. СЕИ филм је електронски изолатор са карактеристикама чврстог електролита, али је такође одличан проводник литијум јона, омогућавајући литијум јонима да се слободно интеркалирају и екстрахују у овом слоју, а његова стабилност има велики утицај на перформансе циклуса и безбедност литијум-јонских батерија ЛИБ. велики утицај. Обично се за проучавање формирања, промене и функције СЕИ филмова користе електрохемијска импедансна спектроскопија, Раман спектроскопија, рендгенска фотоелектронска спектроскопија, АФМ итд., међу којима АФМ игра изузетно важну улогу у проучавању формирања, деформације и руптуре СЕИ филмови. важна улога.
1982. године, појављивање скенирајућег тунелског микроскопа (СТМ) је по први пут омогућило да се у реалном времену посматра распоред појединачних атома на површини супстанце и физичка и хемијска својства повезана са функцијом површинске електронске густине. Међутим, принцип рада СТМ-а је да користи тунелску струју која се експоненцијално мења са растојањем између сонде и проводне површине за снимање. Према томе, материјали које СТМ може открити морају бити проводљиви, што ограничава његову примену. Да би надокнадили овај недостатак, 1986. БИННИГ и други су измислили микроскоп атомске силе (АФМ) користећи принцип сонде СТМ. АФМ не може само да детектује проводнике, полупроводничке материјале, већ и изолаторске материјале, и може да анализира различите физичке особине у атмосфери, вакууму, течности и другим срединама. Због тога има велики значај у истраживањима науке о површини, науке о материјалима, науке о животу и другим областима. Велики значај и широки изгледи за примену.
Иновационе тачке и решени проблеми
Због своје велике густине енергије, дугог животног века, сигурности и многих других предности, литијум-јонске батерије су најпопуларнији преносиви извори енергије у савременом животу и имају широку перспективу примене. Да би се у потпуности искористио потенцијал литијум-јонских батерија и промовисала њихова практична примена, неопходно је детаљно проучити процес реакције електрода. Као моћан асистент у истраживању литијум-јонских батерија, микроскопија атомске силе (АФМ) може открити микроскопску морфологију површине електроде у реалном времену кроз интеракцију између атома на врху електроде и атома на површини електроде. , и пружају физичке и хемијске информације о површини електроде у нанометарској скали. Пружа експерименталну основу за оптимизацију и модификацију електродних материјала и електролита. Овај рад даје преглед најновијег напретка примене АФМ-а у истраживању литијум-јонских батерија, укључујући промене морфологије, наномеханичких својстава и електричних својстава електродних материјала у условима електрохемијске реакције, што указује да ће АФМ даље промовисати напредак истраживања литијум-јонских батерија. .
Од појаве АФМ технологије, она се широко користи у анализи ЛИБ-ова Ли-јонских батерија. Његова нискодеструктивна способност да открије еволуцију морфологије и својстава на нанометарској скали је од помоћи за дубље разумевање ЛИБ-ова Ли-јонских батерија. Структура и сродна својства анодног материјала и СЕИ филма поставили су чврсту основу за развој и истраживање ЛИБ-ова за литијум-јонске батерије и даље промовисали развој литијум-јонских батерија. У овом раду се са аспекта морфологије, механичких својстава и електрохемијских својстава сагледава примена и истраживачки напредак АФМ у истраживању материјала позитивних и негативних електрода и СЕИ филмова. Ове студије показују да АФМ још увек има много простора за развој у истраживању и примени Ли-јонских батерија. Поред тога, велики број студија је открио да механичко мерење АФМ има велике предности у односу на друге технике карактеризације ин ситу, а овај метод има велики потенцијал у посматрању механичке и структурне еволуције међуфазе и електрода под различитим условима рада батерије. Коначно, развој додатних режима скенирања у комбинацији са другим техникама детекције отвара нове видике за примену АФМ-а.
