روش‌های علوم سطحی، نور جدیدی را بر انتشار لیتیوم در مواد باتری می‌تابانند

مهندسی میکرو خلاء OCIیک تولید کننده کانادایی ابزار دقیق برای تجزیه و تحلیل سطح لایه های نازک، دانش و تخصص خود در حوزه جمعی را برای مطالعه انتشار موضعی لیتیوم در طیف وسیعی از مواد ذخیره کننده انرژی به کار می گیرد. امید این است که ابتکار تحقیق و توسعه داخلی، اگر به پذیرش تجاری در مقیاس وسیع در سراسر زنجیره تامین باتری تبدیل شود، قابلیت‌های تحلیلی تغییردهنده بازی را برای ردیابی سریع ارزیابی و بهینه‌سازی مواد الکترود نسل بعدی، بین لایه‌ها و تثبیت به ارمغان بیاورد. ترکیبات برای فناوری باتری های مبتنی بر لیتیوم

از نظر مشخصات پروژه، تیم OCI در حال ردیابی انتشار لیتیوم حالت جامد از منبع فاز گاز به مواد باتری لایه نازک با استفاده از دو «اسب تحلیلی» دنیای علم سطح است: طیف‌سنجی الکترونی اوگر (AES) و انرژی کم. پراش الکترون (LEED). این دو روش که به صورت پشت سر هم مستقر شده اند، بینش های تکمیلی را در مورد نمونه مورد مطالعه ارائه می دهند، با AES که ترکیب عنصری محیط نزدیک به سطح (معمولاً تا عمق 3 تا 10 نانومتر) را بررسی می کند، در حالی که LEED ساختار سطح تک کریستالی را تعیین می کند. مواد از طریق بمباران با پرتوهای همسویی از الکترون های کم انرژی (و مشاهده بعدی الکترون های پراکنده روی صفحه فلورسنت).

دیدگاه های منحصر به فرد

OCI که در سال 1990 تأسیس شد، در حال حاضر یک پایگاه مشتری بین المللی تحقیق و توسعه دارد که از طیف سنج های LEED و AES خود برای مشخص کردن انواع نانومواد استفاده می کند. کاربردهای کلیدی شامل مواد دوبعدی، لایه‌های نازک آلی برای دستگاه‌های الکترونیکی، فتوولتائیک‌های پیشرفته و لایه‌های نازک مغناطیسی (برای کاربردهای اسپینترونیک و ابررسانا) است - در هر مورد تضمین سازگاری با تقریباً هر سیستم رسوب لایه نازک خلاء (از جمله اپیتاکسی پرتو مولکولی و رسوب بخار شیمیایی). ).

جوزف اوسیپا، رئیس و دانشمند ارشد OCI توضیح می‌دهد: «در حال حاضر، استفاده از ابزارهای سطح علمی برای ارزیابی انتشار لیتیوم در مواد ذخیره‌سازی انرژی، یک تلاش اثبات‌کننده اصل از سوی ما است. او می‌افزاید، هدف استفاده از داده‌های تجربی دنیای واقعی برای آموزش دادن به مشتریان بالقوه و موجود در مورد کاربرد AES/LEED برای برنامه‌های تحقیق و توسعه باتری آنها است - و در این فرآیند، فرصت‌های تجاری جدیدی را برای OCI باز می‌کند. ما می‌خواهیم به تولیدکنندگان باتری و شرکت‌های مواد پیشرفته نشان دهیم که چگونه LEED و AES می‌توانند به آنها کمک کنند تا با «چشم‌های جدیدی» به عملکرد باتری نگاه کنند - برای مثال، فیزیک اساسی مواد آند و کاتد جدید را ارزیابی می‌کنند، برای مثال، در مراحل اولیه محصول. چرخه توسعه.”

همه اینها با توجه به جستجوی بی‌وقفه صنعت باتری برای مواد الکترود نوآورانه که قادر به جمع‌آوری یون‌های لیتیوم بیشتر در ساختارهای کریستالی خود هستند، حائز اهمیت هستند و در عین حال از تحرک یون لیتیوم بالا، چرخه شارژ پایدار و طول عمر عملیاتی طولانی‌تر اطمینان می‌دهند. Ociepa خاطرنشان می کند: "مطمئناً، فناوری باتری مبتنی بر لیتیوم یون یک موفقیت اثبات شده است، اما هنوز مشکلات اساسی عملکرد وجود دارد که باید به آنها رسیدگی شود." این مسائل شامل چگالی انرژی کم، کاهش ظرفیت و رشد دندریت (ساختارهای لیتیوم درخت مانند که می تواند منجر به خرابی فاجعه بار باتری شود) است. او می افزاید: «استفاده از LEED و AES طیف وسیع تری از قابلیت های تحلیلی را برای شناسایی بهتر نسل بعدی مواد باتری باز می کند.

Ociepa و همکارانش در حال توسعه آنها بوده اند تستر انتشار لیتیوم، که به یک محیط عملیاتی با خلاء فوق العاده بالا (UHV) نیاز دارد، در 18 ماه گذشته و یافته های تحقیقات اولیه را برای طیف وسیعی از مواد در نشست سالانه انجمن الکتروشیمیایی (ECS). در آتلانتا، GA، در اکتبر سال گذشته (به «چگونه فیزیک اساسی عملکرد باتری را هدایت می کند» را در زیر ببینید). با توجه به اینکه ابزارهای AES و LEED خطوط تولید آزمایش شده و آزمایش شده OCI هستند، پیشرفت فناوری در ادغام چندین بلوک ساختمانی هسته ای در سیستم تست انتشار نهفته است - به طور خاص، پیکربندی AES/LEED، منبع تبخیر لیتیوم، خنک کننده مرحله نمونه. و گرمایش، و همچنین قفل بار و جعبه دستکش.

Ociepa خاطرنشان می کند: "تستر انتشار لیتیوم اکنون یک سیستم کلید در دست است که آماده ارسال به مشتریان با زمان تحویل شش ماهه از زمان سفارش است." ما در حال حاضر در مرحله پیاده‌سازی و اعتبارسنجی این پلتفرم بر روی طیفی از مواد باتری، از جمله سیلیکون نانوساختار، کاربید سیلیکون و گرافیت پیرولیتیک بسیار جهت‌دار هستیم.»

محلی سازی کلیدی است

نوآوری در فناوری نیز ادامه دارد، تیم OCI اخیراً یک سلول آزمایش الکتروشیمیایی سازگار با UHV را در کنار تستر انتشار لیتیوم ادغام کرده است. این پیکربندی توسعه‌یافته راه را برای شناسایی سطح در محل تک تک الکترودهای باتری با استفاده از LEED و AES باز می‌کند، با این اجزا که از سلول آزمایش الکتروشیمیایی به محفظه آزمایش انتشار بدون شکستن شرایط خلاء قابل انتقال هستند.

پیروزی بزرگ در اینجا استفاده از روش‌های علمی سطحی برای اندازه‌گیری انتشار لیتیوم در الکترودهای جداگانه جدا از سلول باتری است - یک پیشرفت قابل توجه برای سازندگان باتری، که روش‌های آزمایش الکتروشیمیایی سنتی آن‌ها انتشار لیتیوم را در آند، کاتد و الکترولیت با هم در آند، کاتد و الکترولیت ترکیب می‌کنند. سلول. Ociepa خاطرنشان می‌کند: «رویکرد AES/LEED ما محلی‌سازی بی‌سابقه و تصویری دقیق‌تر را برای اطلاع‌رسانی به تست عملکرد، تجزیه و تحلیل خرابی و شکست، و اندازه‌گیری‌های پیش‌بینی طول عمر بر روی مواد نامزد باتری‌های نسل بعدی ارائه می‌کند.»

در نهایت، Ociepa نتیجه‌گیری می‌کند که روش‌های ترکیبی پتانسیل تولید مجموعه‌های داده منحصربه‌فرد در انتشار لیتیوم را دارند که صنعت به هیچ‌وجه نمی‌تواند به آن دست یابد. ما فکر می‌کنیم که این قابلیت یک دیدگاه جایگزین در مورد عملکرد باتری، جذب سریع مواد نامزد جدید در حالی که نقاط شکست بحرانی را در اوایل چرخه توسعه محصول مشخص می‌کند، ارائه می‌دهد.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/surface-science-modalities-shed-new-light-on-lithium-diffusion-in-battery-materials/