배터리 재료
원자력 현미경 검사는 배터리 용량, 전력 밀도, 수명 및 안전 개선의 주요 과제를 해결하기 위해 리튬 이온 배터리 연구를위한 도구로 특히 적합합니다. 근본적으로, 배터리는 전기 화학 전지이며, 전기 화학 적 AFM은 직접 전극 표면의 변화를 프로브 하는 역할을 할 수 있습니다., 시투와 operando에서, 심지어 로컬 전기 화학 활성의 변화를 측정. 예를 들어, 대용량 Li ion 양극의 AFM 연구는 전력 밀도와 배터리 수명을 제한하는 고체 전해질 interphase(SEI) 층의 진화와 분해를 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 음극에서 상관 관계가 있는 전기 및 기계적 특성화는 부품 분포를 정량화하고, 전도도 변동을 특성화하며, 용량을 제한하는 비활성 금속 산화물 곡물을 정확히 찾아낼 수 있습니다. 마지막으로, 인장 단계에서 분리기 막의 AFM 이미징은 수상자 성장이 치명적인 실패로 이어질 때 작동되는 골절 메커니즘에 대한 통찰력을 제공 할 수 있습니다.
정무성에서 국소 전기화학 적 활성 및 표면 전도도를 측정하는 능력은 전해질이 있는 경우 슈퍼 커패시터, 연료 전지 및 태양 연료와 같은 다른 에너지 저장 및 변환 접근법의 특성화에 똑같이 유용합니다.
주요 기능
- EC-AFM을 장착한 양극 충전 주기 동안 오페라의 특성화
- PeakForce QNM® 탑재된 대용량 양극에 대한 SEI 층의 정량적 연구가 ®
- PeakForce SECM ® 현지 전기화학 활동의 직접 조사
- 데이터큐브® 모드가 있는 멀티모달 음극 특성화
- EC-AFM,SECM 및 글러브 박스 통합을 위한 턴키 솔루션
양극 – 시투에서, 오페라 도 이미징
리튬 이온 배터리의 수명은 통과 SEI 층의 형성과 진화에 비판적으로 의존한다. 문제는 배터리 사이클링 중 대형 전극 볼륨 변화에 있으며, 이는 특히 대용량 양극의 경우 SEI 층의 실질적인 변형으로 이어집니다. 이상적인 실험은 오페라에서 깨지기 쉬운 SEI 층을 직접 탐사할 것이고, 이는 매우 어려운 것으로 여겨졌던 위업입니다. 여기에 표시된 일련의 이미지는 브라운 대학의 셸던 그룹과 함께 수행 된 공동 작업에서 나온 것입니다. 여기서 패턴된 시 양극은 피크포스 QNM을 사용하여, 전기화학적 셀이 있는 장갑 박스 통합 Dimension Icon® 관찰되었다. 처음으로, SEI 층에서 균열의 형성은 리디션 중에 직접 관찰된다. 기계적 저하는 여러 충전 주기 동안 추적되고 있으며, 이는 초기 균열을 완전히 복구하지 않는 것으로 나타났으며 이전의 추측과 모순됩니다.
이러한 실험은 또한 골절 인성을 추정하는 문을 엽니 다, SEI 층의 고장에 대한 주요 매개 변수 (우리의 공동 저작 ACS 에너지 편지 기사 참조,"실리콘 전극에 고체 전해질 상호 단계의 고장 메커니즘의 현장 및 오페라 "조사"). SEI 층에 대한 추가 연구를 보려면 노벨상 수상자 존 굿프리(John Goodenough)가 공동 저술한"드덴라이트 프리 리튬 배터리의 저비용 제조를 위해 공기중의 리튬 양극 안정"이라는 최신 자연 커뮤니케이션 기사를 참조하십시오.
음극 – 멀티모달 특성화
리튬 이온 음극은 배출 된 상태에서 리튬을 저장하는 금속 산화물 입자를 포함하는 복잡하고 이질적인 혼합물이며, 높은 전도성을 유지하기 위해 탄소 흑색 물질과 혼합 된 부피 변화를 수용하는 폴리머 바인더 재료로 둘러싸여 높은 전력 밀도를 제공 할 수 있습니다. 여기서 이미지 시리즈는 Dimension IconXR의 DataCube SSRM이 구성 요소 분포를 매핑하고 파티클 변화에 대한 과감한 입자를 발견하는 데 어떻게 도움이 되는지 보여줍니다. DataCube 모드에서 사용할 수 있는 계수 맵은 주변 의 소프트 바인더와 하드 금속 산화물 입자를 명확하게 구별하고 동시에 획득된 전도도 맵은 탄소 검정의 고르지 않은 분포를 보여줍니다. 이미지의 상단 가장자리 근처의 파티클은 카본 블랙으로 덮여 있지 않으며 동일한 데이터 큐브에서 추출된 일련의 전도도 이미지는 이 입자를 작동 전압의 전체 범위에 걸쳐 비활성인 데드(예: 비활성)로 식별합니다.
자세한 정보
원자력 현미경(AFM) 특성화를 포함하여 리튬 이온 배터리 재를 특성화하는 데 사용되는 주요 분석 기술을 소개하는 배터리 리서치 전자책을 읽어보세요. 전자 책은 이러한 기술과 다양한 모드가 어떻게 작동하는지 설명하고 배터리 재료 분석에 사용되는 방법과 생성 할 수있는 정보의 종류를 자세히 설명합니다. 또한 실험실에서 일하는 과학자들에 의해 기술이 어떻게 적용되는지 설명하기 위한 사례 연구를 제공합니다.
최근 웨비나
관련 간행물
- 셴 등 ,"드덴라이트 프리 리튬 배터리의 저가 제조를 위한 공기 중의 리튬 양극 안정성", 자연통신 10, 900 (2019), DOI:10.1038/s41467-019-08767-0.
- 베커 외, "ALD 코팅 된 제한된 a-Si 미세 구조의 향상 된 리시레이션 주기 안정성 Situ AFM에서 사용 하 여 결정", ACS Appl. Mater. 인터페이스 2016, 8, 1, 530-537.
- 첸 외, "리튬 이온 배터리에 대한 미세 다공성 폴리머 분리기의 변형 및 골절 행동" RSC는 2014, 4, 1409를 진행합니다.
- Hiesgen 외, "Li-S 배터리대용량 황 음극을 위한 분석 도구로 AFM" 2013, 4, 611의 Beilstein 저널.
- Hiesgen 외, "나피온의 현재 및 기계적 특성의 현미경 분석® 원자력 현미경 검사에 의해 연구" 멤브레인 2012, 2, 783.
- Kumar 외, "실리콘 전극의 고체 전해질 상호 단계에서 스트레인 유도 리튬 손실" ACS Appl Mat & Int 2017, 9, 28406.
- Kumar et al, "실리콘 전극에 고체 전해질 Interphase의 고장 메커니즘의 현장 및 Operando 조사에서", ACS 에너지 편지 2016, 1, 4, 689-697.
- 라코프스키 외, "광전화학의 나노스케일 반도체/촉매 인터페이스", 자연재료,2019; DOI: 10.1038/s41563-019-0488-z.
- Nellist 등, "잠재적 감지 전기 화학 원자력 미세 검사물 수분 분할 촉매 및 인터페이스의 Operando 분석", 자연 에너지 2018, 3, 46.
