تطبيق الفحص المجهري للقوة الذرية في البحث عن بطاريات ليثيوم أيون
تعد بطاريات الليثيوم أيون (LIBs) حاليًا أكثر مصادر طاقة تخزين الطاقة الكيميائية عالية الكفاءة الواعدة بسبب طاقتها النوعية العالية وعمرها الطويل وأداء السلامة العالي وحماية البيئة. في السنوات الأخيرة ، ركز اتجاه البحث الخاص بـ LIBs بشكل أساسي على البحث والتطوير لمواد إلكترود جديدة عالية الكفاءة إيجابية وسلبية ، وتحسين أداء سلامة البطارية عن طريق تغيير المنحل بالكهرباء ، وتحسين استقرار فيلم واجهة الإلكتروليت الصلب (إلكتروليت صلب واجهة ، SEI) على مادة القطب السالب. يشير فيلم SEI إلى طبقة التخميل التي تغطي سطح مادة الإلكترود المتكونة من تفاعل الإلكتروليت ومواد القطب في واجهة المرحلة الصلبة والسائلة أثناء عملية الشحن والتفريغ الأولى لـ LIBs. فيلم SEI عبارة عن عازل إلكتروني بخصائص إلكتروليت صلب ، ولكنه أيضًا موصل ممتاز لأيونات الليثيوم ، مما يسمح بإقحام أيونات الليثيوم واستخلاصها بحرية في هذه الطبقة ، كما أن استقرارها له تأثير كبير على أداء الدورة وسلامة بطاريات الليثيوم أيون LIBs. تأثير كبير. عادة ، يتم استخدام التحليل الطيفي للمقاومة الكهروكيميائية ، مطيافية رامان ، مطيافية الأشعة السينية الكهروضوئية ، AFM ، وما إلى ذلك لدراسة تكوين وتغيير ووظيفة أفلام SEI ، ومن بينها يلعب AFM دورًا مهمًا للغاية في دراسة تكوين وتشوه وتمزق أفلام SEI. دور مهم.
في عام 1982 ، أتاح ظهور مجهر المسح النفقي (STM) المراقبة في الوقت الفعلي لترتيب الذرات الفردية على سطح المادة والخصائص الفيزيائية والكيميائية المتعلقة بوظيفة كثافة الإلكترون السطحية. ومع ذلك ، فإن مبدأ عمل STM هو استخدام تيار النفق الذي يتغير بشكل كبير مع المسافة بين المسبار والسطح الموصل للتصوير. لذلك ، يجب أن تكون المواد التي يمكن لـ STM اكتشافها موصلة ، مما يحد من تطبيقها. من أجل تعويض هذا النقص ، اخترع BINNIG وآخرون في عام 1986 مجهر القوة الذرية (AFM) باستخدام مبدأ التحقيق في STM. لا يستطيع AFM اكتشاف الموصلات ومواد أشباه الموصلات فحسب ، بل يمكنه أيضًا اكتشاف المواد العازلة ، ويمكنه تحليل الخصائص الفيزيائية المختلفة في الغلاف الجوي والفراغ والسائل والبيئات الأخرى. لذلك ، لها أهمية كبيرة في البحث في علوم السطح وعلوم المواد وعلوم الحياة وغيرها من المجالات. أهمية كبيرة وآفاق تطبيق واسعة.
حل نقاط الابتكار والمشكلات
نظرًا لكثافة الطاقة العالية ، ودورة الحياة العالية ، والسلامة والعديد من المزايا الأخرى ، تعد بطاريات الليثيوم أيون أكثر مصادر الطاقة المحمولة شيوعًا في الحياة الحديثة ولها آفاق تطبيق واسعة. من أجل إفساح المجال كاملاً لإمكانات بطاريات الليثيوم أيون وتعزيز تطبيقها العملي ، من الضروري دراسة عملية تفاعل القطب الكهربائي بعمق. كمساعد قوي في البحث عن بطاريات الليثيوم أيون ، يمكن لمجهر القوة الذرية (AFM) اكتشاف التشكل المجهري لسطح القطب في الوقت الفعلي من خلال التفاعل بين الذرات عند طرف القطب الكهربائي والذرات على سطح القطب ، وتوفير المعلومات الفيزيائية والكيميائية على سطح القطب على نطاق نانومتر. يوفر أساسًا تجريبيًا لتحسين وتعديل مواد الإلكترودات والإلكتروليتات. تستعرض هذه الورقة التقدم المحرز في تطبيق AFM في البحث عن بطاريات الليثيوم أيون ، بما في ذلك التغيرات المورفولوجية والخواص الميكانيكية النانوية والخصائص الكهربائية لمواد الإلكترود تحت ظروف التفاعل الكهروكيميائي ، مما يشير إلى أن AFM سيعزز تقدم البحث لبطاريات الليثيوم أيون .
منذ ظهور تقنية AFM ، تم استخدامها على نطاق واسع في تحليل بطاريات Li-ion LIBs. تساعد قدرتها المنخفضة التدمير على اكتشاف تطور التشكل والخصائص على مقياس النانومتر في فهم أعمق لبطاريات Li-ion LIBs. لقد أرسى الهيكل والخصائص ذات الصلة لمادة الأنود وفيلم SEI أساسًا متينًا لتطوير وأبحاث LIBs لبطاريات الليثيوم أيون ، وعززوا أيضًا تطوير بطاريات أيونات الليثيوم. في هذا البحث ، تمت مراجعة التقدم التطبيقي والبحثي لـ AFM في البحث عن مواد القطب الموجب والسالب وأفلام SEI من جوانب التشكل والخصائص الميكانيكية والخواص الكهروكيميائية. تشير هذه الدراسات إلى أن AFM لا يزال لديه مجال كبير للتطوير في البحث وتطبيق بطاريات Li-ion. بالإضافة إلى ذلك ، وجد عدد كبير من الدراسات أن القياس الميكانيكي لـ AFM له مزايا كبيرة مقارنة بتقنيات التوصيف في الموقع الأخرى ، وهذه الطريقة لها إمكانات كبيرة في مراقبة التطور الميكانيكي والهيكلية للطور البيني والأقطاب الكهربائية في ظل ظروف تشغيل مختلفة للبطارية. أخيرًا ، يفتح تطوير أوضاع مسح إضافية جنبًا إلى جنب مع تقنيات الكشف الأخرى آفاقًا جديدة لتطبيق AFM.
