יישום של מיקרוסקופיה של כוח אטומי במחקר של סוללות Li-ion
סוללות ליתיום-יון (LIBs) הן כיום מקורות הכוח המבטיחים ביותר לאחסון אנרגיה כימית ביעילות גבוהה בשל האנרגיה הספציפית הגבוהה, חיי המחזור הארוכים, ביצועי הבטיחות הגבוהים והגנת הסביבה. בשנים האחרונות, כיוון המחקר של LIBs התמקד בעיקר במחקר ופיתוח של חומרי אלקטרודה חיוביים ושליליים חדשים בעלי יעילות גבוהה, שיפור ביצועי בטיחות הסוללה על ידי שינוי האלקטרוליט ושיפור היציבות של סרט ממשק האלקטרוליט המוצק (אלקטרוליט מוצק ממשק, SEI) על חומר האלקטרודה השלילי. סרט ה-SEI מתייחס לשכבת פסיבציה המכסה את פני חומר האלקטרודה שנוצרו על ידי התגובה של האלקטרוליט וחומר האלקטרודה בממשק הפאזה המוצק-נוזל במהלך תהליך הטעינה והפריקה הראשון של LIBs. סרט ה-SEI הוא מבודד אלקטרוני בעל מאפיינים של אלקטרוליט מוצק, אך הוא גם מוליך מצוין של יוני ליתיום, המאפשר שילוב וחילוץ של יוני ליתיום באופן חופשי בשכבה זו, וליציבות שלו יש השפעה רבה על ביצועי המחזור. ובטיחות של סוללות ליתיום-יון LIBs. השפעה גדולה. בדרך כלל, ספקטרוסקופיה עכבה אלקטרוכימית, ספקטרוסקופיה של ראמאן, ספקטרוסקופיה פוטואלקטרון של רנטגן, AFM וכו' משמשות לחקר היווצרות, שינוי ותפקוד של סרטי SEI, ביניהם AFM ממלא תפקיד חשוב ביותר בחקר היווצרות, עיוות וקרע של סרטי SEI. תפקיד חשוב.
בשנת 1982, הופעתו של מיקרוסקופ המנהור הסורק (STM) אפשרה לראשונה לצפות בזמן אמת בסידור אטומים בודדים על פני חומר ובתכונות הפיזיקליות והכימיות הקשורות לתפקוד צפיפות האלקטרונים על פני השטח. עם זאת, עקרון העבודה של STM הוא להשתמש בזרם המנהור המשתנה באופן אקספוננציאלי עם המרחק בין הבדיקה למשטח המוליך לצורך הדמיה. לכן, החומרים ש-STM יכול לזהות חייבים להיות מוליכים, מה שמגביל את היישום שלו. על מנת לפצות על החסר הזה, בשנת 1986, BINNIG ואחרים המציאו את מיקרוסקופ הכוח האטומי (AFM) תוך שימוש בעקרון הבדיקה של STM. AFM יכול לא רק לזהות מוליכים, חומרים מוליכים למחצה, אלא גם חומרים מבודדים, ויכול לנתח תכונות פיזיקליות שונות באטמוספרה, בוואקום, בנוזל ובסביבות אחרות. לכן, יש לו משמעות רבה במחקר של מדע פני השטח, מדעי החומר, מדעי החיים ותחומים אחרים. משמעות רבה ואפשרויות יישום רחבות.
נקודות חדשנות ובעיות נפתרו
בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה שלה, חיי המחזור הגבוהים שלה, הבטיחות ויתרונות רבים אחרים, סוללות ליתיום-יון הן מקורות הכוח הניידים הפופולריים ביותר בחיים המודרניים ויש להם סיכויי יישום רחבים. על מנת לתת משחק מלא לפוטנציאל של סוללות ליתיום-יון ולקדם את היישום המעשי שלהן, יש צורך ללמוד לעומק את תהליך תגובת האלקטרודות. כעוזר רב עוצמה במחקר של סוללות ליתיום-יון, מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) יכול לזהות את המורפולוגיה המיקרוסקופית של משטח האלקטרודה בזמן אמת באמצעות האינטראקציה בין האטומים בקצה האלקטרודה לבין האטומים על פני האלקטרודה , ולספק מידע פיזיקלי וכימי על פני האלקטרודה בקנה מידה ננומטרי. הוא מספק בסיס ניסיוני לאופטימיזציה ושינוי של חומרי אלקטרודה ואלקטרוליטים. מאמר זה סוקר את התקדמות היישום העדכנית של AFM במחקר של סוללות ליתיום-יון, כולל השינויים המורפולוגיים, התכונות הננו-מכניות והתכונות החשמליות של חומרי אלקטרודה בתנאי תגובה אלקטרוכימית, מה שמצביע על כך ש-AFM יקדם עוד יותר את התקדמות המחקר של סוללות ליתיום-יון .
מאז הופעתה של טכנולוגיית AFM, נעשה בה שימוש נרחב בניתוח של סוללות Li-ion. היכולת ההרסנית הנמוכה לזהות את התפתחות המורפולוגיה והמאפיינים בקנה מידה ננומטרי מועילה להבנה מעמיקה יותר של LIBs של סוללות Li-ion. המבנה והמאפיינים הנלווים של חומר האנודה וסרט ה-SEI הניחו בסיס מוצק לפיתוח ומחקר של LIBs עבור סוללות ליתיום-יון, ועוד קידמו את הפיתוח של סוללות ליתיום-יון. במאמר זה, היישום וההתקדמות המחקרית של AFM במחקר של חומרי אלקטרודה חיוביים ושליליים וסרטי SEI נסקרים מהיבטים של מורפולוגיה, תכונות מכניות ותכונות אלקטרוכימיות. מחקרים אלו מצביעים על כך של-AFM עדיין יש הרבה מקום לפיתוח במחקר וביישום של סוללות Li-ion. בנוסף, מספר רב של מחקרים מצאו כי למדידה המכנית של AFM יש יתרונות גדולים על פני טכניקות אפיון אחרות באתר, ולשיטה זו יש פוטנציאל רב בצפייה בהתפתחות המכנית והמבנית של אינטרפאזה ואלקטרודות בתנאי הפעלה שונים של הסוללה. לבסוף, הפיתוח של מצבי סריקה נוספים בשילוב עם טכניקות זיהוי אחרות פותח נופים חדשים ליישום של AFM.
