Aplicação da Microscopia de Força Atômica na Pesquisa de Baterias de Li-íon
As baterias de íons de lítio (LIBs) são atualmente as fontes de energia de armazenamento de energia química de alta eficiência mais promissoras devido à sua alta energia específica, longa vida útil, alto desempenho de segurança e proteção ambiental. Nos últimos anos, a direção de pesquisa de LIBs concentrou-se principalmente na pesquisa e desenvolvimento de novos materiais de eletrodos positivos e negativos de alta eficiência, melhorando o desempenho de segurança da bateria alterando o eletrólito e melhorando a estabilidade do filme de interface de eletrólito sólido (eletrólito sólido interface, SEI) no material do eletrodo negativo. O filme SEI refere-se a uma camada de passivação que cobre a superfície do material do eletrodo formado pela reação do eletrólito e do material do eletrodo na interface da fase sólido-líquido durante o primeiro processo de carga e descarga de LIBs. O filme SEI é um isolante eletrônico com características de um eletrólito sólido, mas também é um excelente condutor de íons de lítio, permitindo que os íons de lítio sejam livremente intercalados e extraídos nesta camada, e sua estabilidade tem grande impacto no desempenho do ciclo e segurança de LIBs de baterias de íon-lítio. grande impacto. Normalmente, espectroscopia de impedância eletroquímica, espectroscopia Raman, espectroscopia de fotoelétrons de raios X, AFM, etc. são usados para estudar a formação, alteração e função de filmes SEI, entre os quais o AFM desempenha um papel extremamente importante no estudo da formação, deformação e ruptura SEI filmes. papel importante.
Em 1982, o advento do microscópio de tunelamento (STM) tornou possível pela primeira vez observar em tempo real o arranjo de átomos individuais na superfície de uma substância e as propriedades físicas e químicas relacionadas à função de densidade eletrônica de superfície. No entanto, o princípio de funcionamento do STM é usar a corrente de tunelamento que muda exponencialmente com a distância entre a sonda e a superfície condutora para geração de imagens. Portanto, os materiais que o STM pode detectar devem ser condutores, o que limita sua aplicação. Para compensar essa deficiência, em 1986, BINNIG e outros inventaram o microscópio de força atômica (AFM) usando o princípio de sonda do STM. O AFM pode não apenas detectar condutores, materiais semicondutores, mas também materiais isolantes, e pode analisar diferentes propriedades físicas na atmosfera, vácuo, líquido e outros ambientes. Portanto, tem grande importância na pesquisa de ciência de superfície, ciência de materiais, ciências da vida e outros campos. Grande significado e amplas perspectivas de aplicação.
Pontos de inovação e problemas resolvidos
Devido à sua alta densidade de energia, alto ciclo de vida, segurança e muitas outras vantagens, as baterias de íon-lítio são as fontes de energia portáteis mais populares na vida moderna e têm amplas perspectivas de aplicação. Para aproveitar ao máximo o potencial das baterias de íons de lítio e promover sua aplicação prática, é necessário estudar em profundidade o processo de reação do eletrodo. Como um poderoso auxiliar na pesquisa de baterias de íon-lítio, a microscopia de força atômica (AFM) pode detectar a morfologia microscópica da superfície do eletrodo em tempo real por meio da interação entre os átomos na ponta do eletrodo e os átomos na superfície do eletrodo , e fornecem informações físicas e químicas sobre a superfície do eletrodo em escala nanométrica. Ele fornece uma base experimental para a otimização e modificação de materiais de eletrodos e eletrólitos. Este artigo revisa o mais recente progresso de aplicação do AFM na pesquisa de baterias de íon-lítio, incluindo as mudanças morfológicas, propriedades nanomecânicas e propriedades elétricas de materiais de eletrodos sob condições de reação eletroquímica, indicando que o AFM promoverá ainda mais o progresso da pesquisa de baterias de íon-lítio. .
Desde o surgimento da tecnologia AFM, ela tem sido amplamente utilizada na análise de LIBs de baterias de íons de lítio. Sua capacidade de baixa destruição para detectar a evolução da morfologia e propriedades na escala nanométrica é útil para uma compreensão mais profunda dos LIBs de baterias de íons de lítio. A estrutura e as propriedades relacionadas do material do ânodo e do filme SEI estabeleceram uma base sólida para o desenvolvimento e pesquisa de LIBs para baterias de íon-lítio e promoveram ainda mais o desenvolvimento de baterias de íon-lítio. Neste artigo, a aplicação e o progresso da pesquisa de AFM na pesquisa de materiais de eletrodos positivos e negativos e filmes SEI são revisados sob os aspectos de morfologia, propriedades mecânicas e propriedades eletroquímicas. Esses estudos indicam que a AFM ainda tem muito espaço para desenvolvimento na pesquisa e aplicação de baterias de íons de lítio. Além disso, um grande número de estudos descobriu que a medição mecânica de AFM tem grandes vantagens sobre outras técnicas de caracterização in situ, e esse método tem grande potencial para observar a evolução mecânica e estrutural da interfase e eletrodos sob diferentes condições de operação da bateria. Finalmente, o desenvolvimento de modos de varredura adicionais em conjunto com outras técnicas de detecção abre novas perspectivas para a aplicação do AFM.
