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原子力显微镜是特别适合作为锂离子电池的研究工具来解决提高电池容量的关键挑战,功率密度,有生之年,和安全。从根本上讲,电池是一个电化学的电池,和电化学AFM可以直接探测电极表面的变化,原位operando,甚至测量当地的电化学活性的变化。例如,AFM高容量锂离子电池阳极的研究可以帮助了解固体电解质界面的进化和退化(SEI)层,这限制了功率密度和电池寿命。阴极,相关的电气和机械特性可以量化组件分布、电导率变化特征,确定活性金属氧化物颗粒容量限制。最后,AFM成像膜分离器的拉伸阶段可以提供洞察断裂机制操作当树突增长导致灾难性的失败。
的能力来衡量当地原位电化学活性和表面电导率,电解质的存在同样有用其他能量储存和转换方法的特征如超级电容器、燃料电池和太阳能燃料。
关键功能
- 原位,与EC-AFM operando表征在阳极充电周期
- 定量研究的高容量的SEI层阳极PeakForce QNM®
- 直接调查当地的电化学活性PeakForce SECM®
- 多通道阴极特性与DataCube®模式
- 交钥匙解决方案EC-AFMSECM,手套箱集成
阳极-原位,Operando成像
锂离子电池的寿命主要取决于钝化的形成和演化SEI层。挑战在于大型电极在电池循环时体积变化,从而导致实质性的SEI层的变形,尤其是对高容量阳极。理想的实验将探针直接脆弱的SEI膜,在operando壮举,是非常困难的。这一系列的照片所示,并从协同工作和谢尔登•布朗大学。这里有图案的Si阳极观察使用PeakForce QNM,手套箱集成维图标®电化电池。第一次裂缝的形成SEI层是直接观察到的,在lithiation。机械降解时被跟踪多个充电周期,这显示不完全修复的初始裂纹,反驳之前的猜测。
这些实验还开门估算断裂韧性,SEI的关键参数分解层(ACS的能源书信文章的合著者,看到我们的“原位和Operando调查失败的机制的固态电解质界面上硅电极”)。为进一步研究SEI层,参见最近自然通讯文章,“锂阳极在空气中稳定的低成本制造Dendrite-Free锂电池”,由诺贝尔奖得主约翰Goodenough合著。
阴极-多通道特性
含锂离子阴极是一个复杂和异构混合金属氧化物粒子锂存储在放电状态,周围聚合物粘结剂材料,容纳体积变化与炭黑混合材料保持高导电性,从而实现高功率密度的能力。这里的形象系列显示DataCube SSRM上维图标XR帮助制定组件分布和揭示极端的粒子,粒子变异。可用的模图在DataCube模式明显区分的硬金属氧化物粒子周围软粘结剂,而同时获得导电性地图揭示了炭黑的不均匀分布。粒子图像的顶部边缘被认为不受炭黑和一系列的电导率图像提取数据立方体标识这个粒子一样死,即。在整个范围内的操作电压,无所作为。
更多的信息
电子书阅读我们电池研究,介绍了主要分析技术用于描述锂电池材料,包括原子力显微镜(AFM)鉴定。雷竞技网页版电子书解释了这些技术和各种模式工作,和细节如何用于分析电池材料和他们能产生什么样的信息。雷竞技网页版还提出了案例研究来说明技术是如何应用的科学家在实验室里工作。
最近网络研讨会
相关的出版物
- 沈et al,“锂阳极空气稳定Dendrite-Free锂电池的低成本制造,”自然通讯900 (2019),DOI: 10.1038 / s41467 - 019 - 08767 - 0。
- 贝克尔等人,“强化Lithiation循环稳定性ALD-Coated在晶硅微结构决定使用原位AFM”,ACS达成。板牙。接口2016年,8,530 - 537。
- 陈等人,“变形和断裂行为的微孔聚合物锂离子电池分隔符”RSC的进步2014年,1409。
- Hiesgen et al, AFM作为高容量硫的分析工具阴极Li-S电池”Beilstein纳米技术杂志》2013年,611。
- Hiesgen et al,“微观分析当前和机械性能的全氟磺酸®原子力显微镜研究了”膜2012年,783。
- Kumar et al,”应变损失在固态电解质锂硅电极间期”ACS:垫和Int2017年,28406。
- Kumar et al,“原位和Operando调查失败的机制的固态电解质界面上硅电极”,ACS能源字母2016年,1,4,689 - 697。
- Lakowski et al,“纳米级半导体光电化学/催化剂接口”,自然材料雷竞技网页版,2019;DOI: 10.1038 / s41563 - 019 - 0488 - z。
- Nellist et al,”Potential-Sensing电化学原子力显微镜在Operando分析裂解的催化剂和接口”,自然能源2018年,3,46岁。
