भूतल-विज्ञान के तौर-तरीके बैटरी सामग्री में लिथियम प्रसार पर नई रोशनी डालते हैं

ओसीआई वैक्यूम माइक्रोइंजीनियरिंगपतली फिल्मों के सतही विश्लेषण के लिए विशेषज्ञ उपकरण का एक कनाडाई निर्माता, ऊर्जा-भंडारण सामग्री की एक श्रृंखला के भीतर स्थानीयकृत लिथियम प्रसार के अध्ययन के लिए अपने सामूहिक डोमेन ज्ञान और विशेषज्ञता को लागू कर रहा है। उम्मीद है कि इन-हाउस आर एंड डी पहल, अगर बैटरी आपूर्ति श्रृंखला में व्यापक पैमाने पर वाणिज्यिक अपनाने में अनुवादित होती है, तो अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रोड सामग्री, इंटरलेयर और स्थिरीकरण के मूल्यांकन और अनुकूलन को तेजी से ट्रैक करने के लिए गेम-चेंजिंग विश्लेषणात्मक क्षमताओं का उत्पादन करेगी। लिथियम-आधारित बैटरी प्रौद्योगिकियों के लिए यौगिक।

परियोजना की बारीकियों के संदर्भ में, OCI टीम सतह-विज्ञान की दुनिया के दो "विश्लेषणात्मक वर्कहॉर्स": ऑगर इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (AES) और कम-ऊर्जा का उपयोग करके गैस चरण स्रोत से ठोस-अवस्था लिथियम प्रसार को पतली-फिल्म बैटरी सामग्री में ट्रैक कर रही है। इलेक्ट्रॉन विवर्तन (LEED)। अग्रानुक्रम में तैनात, दो तौर-तरीके अध्ययन के तहत नमूने पर पूरक अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं, जिसमें एईएस निकट-सतह के वातावरण (आमतौर पर 3-10 एनएम की गहराई तक) की मौलिक संरचना से पूछताछ करता है, जबकि LEED एकल-क्रिस्टलीय की सतह संरचना को निर्धारित करता है। निम्न-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों के एक संघटित बीम के साथ बमबारी के माध्यम से सामग्री (और बाद में एक फ्लोरोसेंट स्क्रीन पर विवर्तित इलेक्ट्रॉनों का अवलोकन)।

अद्वितीय दृष्टिकोण

1990 में स्थापित, OCI के पास पहले से ही एक अंतरराष्ट्रीय R&D ग्राहक आधार है जो अपने LEED और AES स्पेक्ट्रोमीटर को सभी प्रकार के नैनोमटेरियल्स की विशेषता के लिए नियोजित करता है। प्रमुख अनुप्रयोगों में शामिल हैं 2डी सामग्री, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए जैविक पतली फिल्में, उन्नत फोटोवोल्टिक्स और चुंबकीय पतली फिल्में (स्पिंट्रोनिक और सुपरकंडक्टिंग अनुप्रयोगों के लिए) - प्रत्येक मामले में लगभग किसी भी वैक्यूम पतली-फिल्म जमाव प्रणाली (आणविक बीम एपिटॉक्सी और रासायनिक वाष्प जमाव सहित) के साथ संगतता सुनिश्चित करना ).

ओसीआई के अध्यक्ष और मुख्य वैज्ञानिक जोज़ेफ़ ओसीपा बताते हैं, "फिलहाल, ऊर्जा-भंडारण सामग्री में लिथियम प्रसार का मूल्यांकन करने के लिए सतह-विज्ञान उपकरणों का उपयोग हमारी ओर से एक सिद्धांत का प्रमाण है।" लक्ष्य, वह कहते हैं, संभावित और मौजूदा ग्राहकों को उनकी बैटरी आर एंड डी कार्यक्रमों के लिए एईएस / एलईईडी की उपयोगिता के बारे में शिक्षित करने के लिए वास्तविक दुनिया के प्रयोगात्मक डेटा का उपयोग करना है - और इस प्रक्रिया में, ओसीआई के लिए नए व्यावसायिक अवसर खोलना है। "हम बैटरी निर्माताओं और उन्नत सामग्री कंपनियों को दिखाना चाहते हैं कि कैसे LEED और AES उन्हें बैटरी प्रदर्शन पर 'नई आँखों' से देखने में मदद कर सकते हैं - नए एनोड और कैथोड सामग्री के मौलिक भौतिकी का मूल्यांकन, उदाहरण के लिए, उत्पाद के शुरुआती चरणों में विकास चक्र। ”

यह सब बैटरी उद्योग द्वारा अपने क्रिस्टलीय संरचनाओं में अधिक लिथियम आयनों को जमा करने में सक्षम नवीन इलेक्ट्रोड सामग्रियों की निरंतर खोज को देखते हुए महत्वपूर्ण है, जबकि उच्च लिथियम-आयन गतिशीलता, स्थिर चार्ज साइकलिंग और विस्तारित परिचालन जीवनकाल भी सुनिश्चित करता है। "निश्चित रूप से, लिथियम-आयन-आधारित बैटरी तकनीक एक सिद्ध सफलता है, लेकिन अभी भी संबोधित करने के लिए मौलिक प्रदर्शन के मुद्दे हैं," ओसीपा ने नोट किया। उन मुद्दों में कम ऊर्जा घनत्व, क्षमता में गिरावट और डेन्ड्राइट वृद्धि (पेड़ जैसी लिथियम संरचनाएं शामिल हैं जो विनाशकारी बैटरी विफलता का कारण बन सकती हैं)। "LEED और AES के उपयोग से अगली पीढ़ी की बैटरी सामग्री को बेहतर ढंग से चित्रित करने के लिए विश्लेषणात्मक क्षमताओं का एक व्यापक स्पेक्ट्रम खुल जाएगा," उन्होंने आगे कहा।

ओसीपा और सहयोगी उनका विकास कर रहे हैं लिथियम प्रसार परीक्षक, जिसके लिए पिछले 18 महीनों से एक अल्ट्राहाई-वैक्यूम (यूएचवी) ऑपरेटिंग वातावरण की आवश्यकता है और सामग्री की एक श्रृंखला के लिए प्रारंभिक शोध निष्कर्ष प्रस्तुत किए। इलेक्ट्रोकेमिकल सोसायटी (ईसीएस) की वार्षिक बैठक अटलांटा, जीए में पिछले साल अक्टूबर में (देखें "कैसे मौलिक भौतिकी बैटरी प्रदर्शन को संचालित करती है", नीचे)। यह देखते हुए कि AES और LEED उपकरणों को OCI उत्पाद लाइनों की कोशिश और परीक्षण किया गया है, प्रौद्योगिकी सफलता प्रसार परीक्षण प्रणाली में कई कोर बिल्डिंग ब्लॉक्स के एकीकरण में निहित है - विशेष रूप से, AES / LEED कॉन्फ़िगरेशन, लिथियम वाष्पीकरण स्रोत, नमूना चरण शीतलन और हीटिंग, साथ ही लोड-लॉक और दस्ताना बॉक्स।

"लिथियम डिफ्यूजन टेस्टर अब एक टर्नकी सिस्टम है जो ऑर्डर से छह महीने के लीड-टाइम के साथ ग्राहकों को भेजने के लिए तैयार है," ओसीपा ने नोट किया। "हम वर्तमान में नैनोस्ट्रक्चर्ड सिलिकॉन, सिलिकॉन कार्बाइड और अत्यधिक उन्मुख पाइरोलाइटिक ग्रेफाइट सहित बैटरी सामग्री की एक श्रृंखला पर प्लेटफॉर्म को लागू करने और मान्य करने के चरण में हैं।"

स्थानीयकरण प्रमुख है

प्रौद्योगिकी नवाचार भी चल रहा है, ओसीआई टीम ने हाल ही में लिथियम डिफ्यूजन टेस्टर के साथ एक यूएचवी-संगत इलेक्ट्रोकेमिकल परीक्षण सेल को एकीकृत किया है। यह विस्तारित कॉन्फ़िगरेशन LEED और AES का उपयोग करके व्यक्तिगत बैटरी इलेक्ट्रोड के इन-सीटू सतह लक्षण वर्णन का रास्ता खोलता है, उन घटकों के साथ जो विद्युत रासायनिक परीक्षण सेल से प्रसार परीक्षण कक्ष में वैक्यूम स्थितियों को तोड़े बिना स्थानांतरित किए जा सकते हैं।

यहां बड़ी जीत बैटरी सेल से अलग-अलग इलेक्ट्रोड के भीतर लिथियम प्रसार को मापने के लिए सतह-विज्ञान के तौर-तरीकों का उपयोग है - बैटरी निर्माताओं के लिए एक महत्वपूर्ण अग्रिम, जिनके पारंपरिक विद्युत रासायनिक परीक्षण तरीके लिथियम प्रसार को एनोड, कैथोड और इलेक्ट्रोलाइट में एक साथ जोड़कर ट्रैक करते हैं। कोशिका। ओसीपा ने कहा, "हमारा एईएस/एलईईडी दृष्टिकोण प्रदर्शन परीक्षण, गिरावट और विफलता विश्लेषण, और अगली पीढ़ी की बैटरी के लिए उम्मीदवार सामग्री पर आजीवन भविष्यवाणी मापन को सूचित करने के लिए अभूतपूर्व स्थानीयकरण और एक अधिक बारीक तस्वीर प्रदान करता है।"

अंतत:, ओसीपा ने निष्कर्ष निकाला, संयुक्त तौर-तरीकों में लिथियम प्रसार पर अद्वितीय डेटा सेट उत्पन्न करने की क्षमता है जो उद्योग को कोई अन्य तरीका नहीं मिल सकता है। "हमें लगता है कि यह क्षमता उत्पाद विकास चक्र में महत्वपूर्ण विफलता बिंदुओं को इंगित करते हुए बैटरी प्रदर्शन, नई उम्मीदवार सामग्री के तेजी से ट्रैकिंग पर एक वैकल्पिक दृष्टिकोण प्रदान करेगी।"

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/surface-science-modalities-shed-new-light-on-lithium-diffusion-in-battery-materials/