Ученые выяснили, что причиной частых взрывов литиевые батареи.

С быстрым развитием портативных электронных устройств и электромобилей, в дополнение к преследованию людей, литиевая батарея Емкость больше, заряжается и разряжается быстрее, больше заботы о том, как защитить литиевый аккумулятор Безопасность использования. Потому что время от времени события в бассейне с литиевым электричеством, такие как взрыв, MianBuDe заставляют людей нервничать. Это предпосылка того, как решить проблему безопасности литиевой батареи, ученые, как глубокое и всестороннее понимание литиевой батареи как причины взрыва. .

Научный уровень объяснения заключается в том, что отложение на поверхности литиевого электрода может образовывать «дендриты» (дендриты), и они будут продолжать расти, что приведет к внутреннему короткому замыканию батареи, вызванному неисправностью, или может вызвать пожар. Но как узнать и изучить на уровне атомной структуры, а затем найти решение проблемы, отсутствие эффективных технических средств в прошлом.

В этом месяце только что выигравшая Нобелевскую премию по химии 2017 технология замороженного электронного микроскопа (журнал - ЭМ) обеспечивает мощную техническую поддержку. В Стэнфордском университете, непосредственно под отделением энергетики (лань) SLAC, национальная лаборатория ускорителей профессора Йи Цуй, Стивена Чу, лауреата Нобелевской премии по физике 1997 года, например, народной команды, просто с помощью замораживающего электронного микроскопа (журнал - EM) захватила изображения первого атомарного дендрита металлического лития. Результаты исследования опубликованы 27 октября по местному времени в международной академической периодике журнала Science.

Каждый дендрит лития представляет собой длинную полосу, формирующую идеальные шестигранные кристаллы. Ранее в объектив электронного микроскопа наблюдалась неправильная форма кристалла. И Цуй сказал: «Результаты исследования очень впечатляющие, а связанные с ними исследования открыли новую ситуацию!»

Замороженный электронный микроскоп, как следует из его названия, представляет собой применение замороженной фиксации с использованием просвечивающей электронной микроскопии (ТЕМ) при низкой температуре (просвечивающий электронный микроскоп, ТЕМ) для наблюдения за микроструктурой образца. Замороженный электронный микроскоп является важным методом исследования структурной биологии и важным средством получения биологической макромолекулярной структуры.

Поскольку изображение является ключом к пониманию механизма, научные открытия часто основываются на использовании невооруженного глаза на цели, успешно получая ее визуальную структуру. Долгое время люди думали, что ПЭМ не подходит для наблюдения за биологическими молекулами, потому что сильный электронный луч разрушит биологические материалы. Однако производство замороженной электронной микроскопии (сем), позволяющей исследователям «заморозить» биологические молекулы, беспрецедентный анализ процесса движения, характеристика развития понимания химии и фармакологии имеет решающее влияние. Из-за этого замороженный электрон также будет удостоен Нобелевской премии по химии в этом году.

Слева: на изображениях ПЭМ при комнатной температуре дендрит лития подвергся воздействию воздуха и коррозии, электронный луч также расплавился на большом количестве дырок; Справа: затем ЭМ изображение в условиях замерзания сохраняет свое исходное состояние, показывает кристаллические нанопроволоки с четкой границей раздела.

Для таких материалов, как литий, тоже нельзя использовать проекционный электронный микроскоп для просмотра других результатов дендритных атомов. Как и в случае с биологическими материалами, при использовании ПЭМ при комнатной температуре путем столкновения электронного луча край дендрита будет скручиваться даже при плавлении. Принимал участие в работе доктора Стэнфордского университета Яньбинь Ли говорит: «Подготовка проб находится в воздухе, но коррозия металлического лития скоро будет в воздухе», «каждый раз, когда мы пытаемся использовать литиевую электронную микроскопию при большом увеличении, электроны будут «просверлите дырки в дендрите, пусть даже полностью расплавят».

Доктор Янбин Ли, участвовавший в исследовании Стэнфордского университета, говорит: «Это похоже на солнце с увеличительным стеклом, смотрящим на листья. Но если вы можете поставить охлаждение листьев, эта проблема будет решена: вы поместите свет, фокусируясь на листьях, тепло также теряется, листья не будут повреждены. Это то, что мы используем электронный микроскоп, чтобы добиться эффекта заморозки, использовать изображения на материалах батареи, разница очень очевидна ».

Таким образом, замороженный электронный микроскоп позволяет биохимии вступить в новую эру, но также впервые заставляет ученых-атомщиков не видеть полной структуры дендрита лития. Исследователи также обнаружили, что в карбонатном электролите в дендрите наблюдается определенное направление роста монокристаллов нанопроволок. Некоторые из них появятся в процессе «растущего» узла, но их кристаллическая структура остается целостной.

Другой человек, участвовавший в исследовании, сказал, что доктор Ючжангли из Стэнфордского университета также может видеть мембрану интерфейса твердого электролита (SEI), но также обнаруживает различные SEI, образованные в наноструктурах разных электролитов. Поскольку при зарядке и разрядке аккумулятора на металлическом электроде образуется такое же покрытие, поэтому контроль его производства и стабильность жизненно важны для эффективного использования аккумулятора.

Используя затем ЭМ, ученые смогли наблюдать, как электроны из атомов в дендрите всплывают, что демонстрирует положение отдельных атомов (слева). Ученые даже смогли измерить расстояние между атомами (YouShangTu) и расстояние между атомами просто чтобы показать, что это атомы лития (вверху).

SLAC, согласно пресс-релизу под микроскопом, исследователи используют различные методы, чтобы наблюдать, как электроны от атомов дендрита всплывают, показывая кристалл и его пленку, покрывающую положение отдельных атомов на границе раздела твердого электролита. Когда они добавляют химикаты, которые часто используются для улучшения характеристик батареи, пленочное покрытие атомной структуры поверхности раздела твердого электролита становится более упорядоченным, и это поможет объяснить, почему добавки могут играть роль.

«Мы очень взволнованы, это первый раз, когда мы можем получить такие подробные изображения дендрита, а также первый раз, когда мы видим межфазный слой мембраны с твердым электролитом нанометровой структуры». Янбин Ли сказал: «Этот инструмент может помочь нам понять, какую роль играют разные электролиты, и почему определенный электролитный эффект лучше, чем другой ".

Наблюдаемые данные этих экспериментов могут помочь в понимании механизма отказа батареи. Хотя эта работа представляет собой металлический литий в качестве примера, чтобы доказать, что ЭМ практична, этот метод также может быть расширен для включения светочувствительных материалов (таких как литий, кремний или сера) в другие исследования. Команда также сообщила, что они планируют сосредоточиться на том, чтобы узнать больше о химических свойствах и структуре межфазного мембранного слоя с твердым электролитом.

Страница содержит содержимое машинного перевода.