电池材料雷竞技网页版
原子力显微镜特别适合作为锂离子电池研究的工具，以解决提高电池容量，功率密度，寿命和安全性的关键挑战。从根本上说，电池是一个电化学电池，电化学AFM可以直接探测电极表面的变化，在原位和操作中，甚至测量局部电化学活性的变化。例如，高容量锂离子阳极的AFM研究可以帮助理解固体电解质界面层(SEI)的演变和降解，这限制了功率密度和电池寿命。在阴极，相关的电学和力学表征可以量化成分分布，表征电导率变化，并查明限制容量的非活性金属氧化物颗粒。最后，在拉伸阶段对分离膜进行AFM成像，可以深入了解当枝晶生长导致灾难性破坏时的断裂机制。
在电解质存在的情况下，原位测量局部电化学活性和表面电导率的能力对于表征其他能量存储和转换方法(如超级电容器、燃料电池和太阳能燃料)同样有用。
关键功能
- 用EC-AFM在阳极充电循环中进行了原位的operando表征
- 高容量阳极上SEI层的定量研究PeakForce QNM®
- 直接探测局部电化学活性PeakForce SECM®
- 多模态阴极表征DataCube®模式
- 交钥匙解决方案EC-AFM， SECM和手套箱集成
阳极原位，原位成像
锂离子电池的寿命在很大程度上取决于钝化SEI层的形成和演化。挑战在于电池循环过程中电极体积的大变化，这会导致SEI层的大量变形，特别是对于高容量阳极。理想的实验是直接探测脆弱的SEI层，这在过去被认为是非常困难的。这里展示的一系列图像就是这样做的，它们是与布朗大学谢尔登小组合作完成的。在这里，使用PeakForce QNM在集成的手套箱中观察图案化的Si阳极维图标®用电化学电池。在锂化过程中，首次直接观察到SEI层中裂缝的形成。在多次充电循环中，机械退化被跟踪，这表明不能完全修复初始裂纹，这与先前的猜测相矛盾。
这些实验也为估计断裂韧性打开了大门，断裂韧性是SEI层破裂的关键参数(参见我们共同撰写的ACS Energy Letters文章)。硅电极上固体电解质界面失效机理的原位和操作研究”)。有关SEI层的进一步研究，请参阅最近的《自然通讯》文章，低成本制造无枝晶锂电池的空气稳定锂阳极，由诺贝尔奖得主约翰·古迪纳夫(John Goodenough)合著。
阴极-多模态表征
锂离子阴极是一种复杂的非均质混合物，含有金属氧化物颗粒，用于储存处于放电状态的锂，其周围是适应体积变化的聚合物粘结剂材料，与炭黑材料混合，以保持高导电性，从而能够提供高功率密度。这里的图像系列显示了DataCube SSRM如何尺寸图标XR帮助绘制出成分分布，并揭示粒子间剧烈的变化。在这里，DataCube模式下的模量图清楚地将硬质金属氧化物颗粒与周围的软粘合剂区分开来，而同时获得的电导率图显示了炭黑的不均匀分布。图像顶部边缘附近的颗粒未被炭黑覆盖，并且从同一数据立方体提取的一系列电导率图像将该颗粒识别为死颗粒，即在整个工作电压范围内不活动。
更多的信息
阅读我们的《电池研究》电子书，其中介绍了用于表征锂离子电池材料的主要分析技术，包括原子力显微镜(AFM)表征。雷竞技网页版这本电子书解释了这些技术和它们的各种模式是如何工作的，并详细说明了它们如何用于分析电池材料，以及它们能产生什么样的信息。雷竞技网页版它还介绍了案例研究，以说明这些技术如何在实验室中被工作的科学家应用。
最近网络研讨会
相关的出版物
- Shen等人，“在空气中稳定的锂阳极用于低成本制造无枝晶锂电池，”自然通讯《科学》，2016,DOI:10.1038/s41467-019-08767-0。
- Becker等人，“利用原位原子力显微镜测定ald涂层受限a-Si微结构的锂化循环稳定性”，ACS达成。板牙。接口2016, 8(1)， 530-537。
- Chen et al .，“锂离子电池用微孔聚合物隔膜的变形和断裂行为”RSC的进步2014, 4, 1409。
- Hiesgen等人，“AFM作为锂硫电池高容量硫阴极的分析工具”纳米技术杂志2013, 4,611。
- Hiesgen等人，“原子力显微镜研究的Nafion®电流和机械性能的微观分析”膜2012, 2,783。
- Kumar等人，“硅电极上固体电解质界面中应变诱导的锂损耗”ACS苹果地毯公司2017,9, 28406。
- Kumar等人，“硅电极上固体电解质界面失效机制的原位和操作研究”，ACS能源通讯2016, 4, 689-697。
- Lakowski等人，“纳米级半导体/催化剂在光电化学中的界面”，自然材料雷竞技网页版, 2019;DOI: 10.1038 / s41563 - 019 - 0488 - z。
- Nellist等人，“电位传感电化学原子力显微镜用于水分解催化剂和界面的操作分析”，自然能源2018,3,46。
