Penerapan Mikroskop Tenaga Atom dalam Penelitian Baterai Li-ion
Baterai lithium-ion (LIB) saat ini merupakan sumber daya penyimpanan energi kimia dengan efisiensi tinggi yang paling menjanjikan karena energi spesifiknya yang tinggi, masa pakai yang lama, kinerja keselamatan yang tinggi, dan perlindungan lingkungan. Dalam beberapa tahun terakhir, arah penelitian LIB terutama berfokus pada penelitian dan pengembangan bahan elektroda positif dan negatif efisiensi tinggi baru, meningkatkan kinerja keselamatan baterai dengan mengubah elektrolit, dan meningkatkan stabilitas film antarmuka elektrolit padat (elektrolit padat antarmuka, SEI) pada bahan elektroda negatif. Film SEI mengacu pada lapisan pasivasi yang menutupi permukaan bahan elektroda yang dibentuk oleh reaksi elektrolit dan bahan elektroda pada antarmuka fase padat-cair selama proses pengisian dan pengosongan pertama LIB. Film SEI adalah isolator elektronik dengan karakteristik elektrolit padat, tetapi juga merupakan konduktor ion litium yang sangat baik, memungkinkan ion litium untuk diselingi dan diekstraksi secara bebas di lapisan ini, dan stabilitasnya berdampak besar pada kinerja siklus. dan keamanan LIB baterai lithium-ion. dampak besar. Biasanya, spektroskopi impedansi elektrokimia, spektroskopi Raman, spektroskopi fotoelektron sinar-X, AFM, dll. Digunakan untuk mempelajari pembentukan, perubahan, dan fungsi film SEI, di antaranya AFM memainkan peran yang sangat penting dalam mempelajari pembentukan, deformasi, dan pecahnya film SEI. peran penting.
Pada tahun 1982, munculnya mikroskop terowongan pemindaian (STM) memungkinkan untuk pertama kalinya mengamati secara real time susunan atom individu pada permukaan suatu zat dan sifat fisik dan kimia yang terkait dengan fungsi kerapatan elektron permukaan. Namun, prinsip kerja STM adalah menggunakan arus tunneling yang berubah secara eksponensial dengan jarak antara probe dan permukaan konduktif untuk pencitraan. Oleh karena itu, material yang dapat dideteksi STM harus bersifat konduktif, yang membatasi penerapannya. Untuk menutupi kekurangan ini, pada tahun 1986, BINNIG dan lainnya menemukan mikroskop kekuatan atom (AFM) menggunakan prinsip penyelidikan STM. AFM tidak hanya dapat mendeteksi konduktor, bahan semikonduktor, tetapi juga bahan isolator, dan dapat menganalisis berbagai sifat fisik di atmosfer, ruang hampa, cairan, dan lingkungan lainnya. Oleh karena itu, sangat penting dalam penelitian ilmu permukaan, ilmu material, ilmu kehidupan dan bidang lainnya. Signifikansi besar dan prospek aplikasi yang luas.
Poin Inovasi dan Pemecahan Masalah
Karena kepadatan energinya yang tinggi, siklus hidup yang tinggi, keamanan dan banyak keuntungan lainnya, baterai lithium-ion adalah sumber daya portabel yang paling populer dalam kehidupan modern dan memiliki prospek aplikasi yang luas. Untuk memberikan permainan penuh pada potensi baterai lithium-ion dan mempromosikan aplikasi praktisnya, proses reaksi elektroda perlu dipelajari secara mendalam. Sebagai asisten yang kuat dalam penelitian baterai lithium-ion, mikroskop kekuatan atom (AFM) dapat mendeteksi morfologi mikroskopis permukaan elektroda secara real time melalui interaksi antara atom di ujung elektroda dan atom di permukaan elektroda. , dan memberikan informasi fisik dan kimia pada permukaan elektroda pada skala nanometer. Ini memberikan dasar eksperimental untuk optimalisasi dan modifikasi bahan elektroda dan elektrolit. Makalah ini meninjau kemajuan aplikasi terbaru AFM dalam penelitian baterai lithium-ion, termasuk perubahan morfologi, sifat nanomekanis dan sifat listrik bahan elektroda dalam kondisi reaksi elektrokimia, menunjukkan bahwa AFM akan lebih mempromosikan kemajuan penelitian baterai lithium-ion .
Sejak munculnya teknologi AFM, telah banyak digunakan dalam analisis LIB baterai Li-ion. Kemampuan destruktifnya yang rendah untuk mendeteksi evolusi morfologi dan properti pada skala nanometer sangat membantu untuk pemahaman yang lebih dalam tentang LIB baterai Li-ion. Struktur dan sifat terkait dari bahan anoda dan film SEI telah meletakkan dasar yang kuat untuk pengembangan dan penelitian LIB untuk baterai lithium-ion, dan selanjutnya mendorong pengembangan baterai lithium-ion. Dalam makalah ini, aplikasi dan kemajuan penelitian AFM dalam penelitian bahan elektroda positif dan negatif dan film SEI ditinjau dari aspek morfologi, sifat mekanik dan sifat elektrokimia. Studi ini menunjukkan bahwa AFM masih memiliki banyak ruang untuk pengembangan dalam penelitian dan penerapan baterai Li-ion. Selain itu, sejumlah besar penelitian telah menemukan bahwa pengukuran mekanis AFM memiliki keunggulan besar dibandingkan teknik karakterisasi in situ lainnya, dan metode ini memiliki potensi besar dalam mengamati evolusi mekanis dan struktural interfase dan elektroda di bawah kondisi pengoperasian baterai yang berbeda. Terakhir, pengembangan mode pemindaian tambahan bersama dengan teknik deteksi lainnya membuka pandangan baru untuk penerapan AFM.
