Atomik Kuvvet Mikroskobunun Li-ion Pillerin Araştırmasında Uygulanması
Lityum-iyon piller (LIB'ler), yüksek özgül enerjileri, uzun çevrim ömürleri, yüksek güvenlik performansları ve çevre korumaları nedeniyle şu anda en umut verici yüksek verimli kimyasal enerji depolama güç kaynaklarıdır. Son yıllarda, LIB'lerin araştırma yönü, esas olarak yeni yüksek verimli pozitif ve negatif elektrot malzemelerinin araştırılmasına ve geliştirilmesine, elektroliti değiştirerek pil güvenlik performansını iyileştirmeye ve katı elektrolit arayüz filminin (katı elektrolit) stabilitesini geliştirmeye odaklanmıştır. arayüz, SEI) negatif elektrot malzemesi üzerinde. SEI filmi, LIB'lerin ilk şarj ve deşarj işlemi sırasında katı-sıvı faz arayüzünde elektrolit ve elektrot malzemesinin reaksiyonuyla oluşan elektrot malzemesinin yüzeyini kaplayan bir pasivasyon tabakasını ifade eder. SEI filmi, katı elektrolit özelliklerine sahip bir elektronik yalıtkandır, ancak aynı zamanda lityum iyonlarının mükemmel bir iletkenidir, lityum iyonlarının bu katmanda serbestçe araya girmesine ve çıkarılmasına izin verir ve kararlılığının çevrim performansı üzerinde büyük etkisi vardır. ve lityum-iyon pillerin güvenliği (LIB'ler). büyük etki. SEI filmlerinin oluşumunu, değişimini ve işlevini incelemek için genellikle elektrokimyasal empedans spektroskopisi, Raman spektroskopisi, X-ışını fotoelektron spektroskopisi, AFM vb. SEI filmleri. önemli rol.
1982'de taramalı tünelleme mikroskobunun (STM) ortaya çıkışı, ilk kez bir maddenin yüzeyindeki bireysel atomların düzenini ve yüzey elektron yoğunluk fonksiyonuyla ilgili fiziksel ve kimyasal özellikleri gerçek zamanlı olarak gözlemlemeyi mümkün kıldı. Ancak STM'nin çalışma prensibi, prob ile iletken yüzey arasındaki mesafe ile üstel olarak değişen tünelleme akımını görüntüleme için kullanmaktır. Bu nedenle, STM'nin algılayabildiği malzemelerin iletken olması gerekir, bu da uygulamasını sınırlar. Bu eksikliği gidermek için 1986'da BINNIG ve diğerleri, STM'nin araştırma prensibini kullanarak atomik kuvvet mikroskobunu (AFM) icat etti. AFM sadece iletkenleri, yarı iletken malzemeleri değil, aynı zamanda yalıtkan malzemeleri de algılayabilir ve atmosfer, vakum, sıvı ve diğer ortamlardaki farklı fiziksel özellikleri analiz edebilir. Bu nedenle, yüzey bilimi, malzeme bilimi, yaşam bilimi ve diğer alanların araştırmalarında büyük öneme sahiptir. Büyük önem ve geniş uygulama beklentileri.
İnovasyon Noktaları ve Çözülen Sorunlar
Lityum-iyon piller, yüksek enerji yoğunluğu, yüksek çevrim ömrü, güvenlik ve diğer birçok avantajı nedeniyle modern yaşamdaki en popüler taşınabilir güç kaynaklarıdır ve geniş uygulama beklentilerine sahiptir. Lityum-iyon pillerin potansiyelinden tam olarak yararlanmak ve pratik uygulamalarını desteklemek için elektrot reaksiyon sürecini derinlemesine incelemek gerekir. Lityum-iyon pillerin araştırılmasında güçlü bir yardımcı olan atomik kuvvet mikroskobu (AFM), elektrotun ucundaki atomlar ile elektrot yüzeyindeki atomlar arasındaki etkileşim yoluyla elektrot yüzeyinin mikroskobik morfolojisini gerçek zamanlı olarak saptayabilir. ve nanometre ölçeğinde elektrot yüzeyi hakkında fiziksel ve kimyasal bilgiler sağlar. Elektrot malzemelerinin ve elektrolitlerin optimizasyonu ve modifikasyonu için deneysel bir temel sağlar. Bu makale, elektrokimyasal reaksiyon koşulları altında elektrot malzemelerinin morfoloji değişiklikleri, nanomekanik özellikleri ve elektriksel özellikleri dahil olmak üzere lityum iyon pil araştırmalarında AFM'nin en son uygulama ilerlemesini gözden geçirerek AFM'nin lityum iyon pillerin araştırma ilerlemesini daha da destekleyeceğini belirtir. .
AFM teknolojisinin ortaya çıkışından bu yana, Li-ion pil LIB'lerinin analizinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Nanometre ölçeğinde morfoloji ve özelliklerin evrimini tespit etmeye yönelik düşük tahribatlı yeteneği, Li-ion pil LIB'lerinin daha derinden anlaşılmasına yardımcı olur. Anot malzemesinin ve SEI filminin yapısı ve ilgili özellikleri, lityum iyon piller için LIB'lerin geliştirilmesi ve araştırılması için sağlam bir temel oluşturmuş ve ayrıca lityum iyon pillerin gelişimini desteklemiştir. Bu yazıda, pozitif ve negatif elektrot malzemelerinin ve SEI filmlerinin araştırılmasında AFM'nin uygulama ve araştırma ilerlemesi morfoloji, mekanik özellikler ve elektrokimyasal özellikler açısından gözden geçirilmektedir. Bu çalışmalar, AFM'nin Li-ion pillerin araştırılması ve uygulanmasında hala geliştirilecek çok yeri olduğunu göstermektedir. Ek olarak, çok sayıda çalışma, AFM'nin mekanik ölçümünün diğer yerinde karakterizasyon tekniklerine göre büyük avantajlara sahip olduğunu ve bu yöntemin, farklı pil çalışma koşulları altında interfaz ve elektrotların mekanik ve yapısal gelişimini gözlemlemede büyük potansiyele sahip olduğunu bulmuştur. Son olarak, diğer algılama teknikleriyle birlikte ek tarama modlarının geliştirilmesi, AFM uygulaması için yeni bakış açıları açar.
