Yüzey bilimi yöntemleri, pil malzemelerinde lityum difüzyonuna yeni ışık tutuyor

OCI Vakum Mikromühendisliğiİnce filmlerin yüzey analizi için uzman enstrümantasyon üreticisi Kanadalı bir üretici, ortak alan bilgisini ve uzmanlığını bir dizi enerji depolama materyali içinde lokalize lityum difüzyon çalışmasına uyguluyor. Şirket içi Ar-Ge girişiminin, pil tedarik zinciri boyunca geniş ölçekli ticari uygulamaya dönüştürülmesi durumunda, yeni nesil elektrot malzemelerinin, ara katmanların ve stabilizasyonun değerlendirilmesini ve optimizasyonunu hızlandırmak için ezber bozan analitik yetenekler sağlaması umut ediliyor. lityum bazlı pil teknolojileri için bileşikler.

Proje özellikleri açısından, OCI ekibi, yüzey bilimi dünyasının iki "analitik beygirini" kullanarak bir gaz fazı kaynağından ince film pil malzemelerine katı hal lityum difüzyonunu izliyor: Auger elektron spektroskopisi (AES) ve düşük enerji elektron kırınımı (LEED). Art arda konuşlandırılan iki yöntem, incelenen numune hakkında tamamlayıcı bilgiler sağlar; AES, yüzeye yakın ortamın (tipik olarak 3-10 nm derinliğe kadar) temel bileşimini sorgularken, LEED tek kristalli ortamın yüzey yapısını belirler. düşük enerjili elektronların paralel bir demeti ile bombardıman yoluyla malzemeler (ve ardından bir flüoresan ekranda kırınımlı elektronların gözlemlenmesi).

Eşsiz bakış açıları

1990 yılında kurulan OCI, halihazırda her tür nanomalzemeyi karakterize etmek için LEED ve AES spektrometrelerini kullanan uluslararası bir Ar-Ge müşteri tabanına sahiptir. Temel uygulamalar arasında 2D malzemeler, elektronik cihazlar için organik ince filmler, gelişmiş fotovoltaikler ve manyetik ince filmler (spintronik ve süperiletken uygulamalar için) yer alır - her durumda neredeyse tüm vakumlu ince film biriktirme sistemleriyle (moleküler ışın epitaksisi ve kimyasal buhar biriktirme dahil) uyumluluk sağlar ).

OCI'nin başkanı ve baş bilim adamı Jozef Ociepa, "Şu anda, enerji depolama malzemelerinde lityum difüzyonunu değerlendirmek için yüzey bilimi araçlarının kullanılması bizim açımızdan bir ilke kanıtı çabasıdır" diye açıklıyor. Hedefin, potansiyel ve mevcut müşterileri pil Ar-Ge programları için AES/LEED'in faydası hakkında eğitmek ve bu süreçte OCI için yeni ticari fırsatlar yaratmak için gerçek dünyadaki deneysel verileri kullanmak olduğunu ekliyor. "Pil üreticilerine ve gelişmiş malzeme şirketlerine, LEED ve AES'in, örneğin ürünün ilk aşamalarında yeni anot ve katot malzemelerinin temel fiziğini değerlendirerek, pil performansına 'yeni gözlerle' bakmalarına nasıl yardımcı olabileceğini göstermek istiyoruz. geliştirme döngüsü.”

Pil endüstrisinin, kristal yapılarında daha fazla lityum iyonu biriktirebilen ve aynı zamanda yüksek lityum iyon hareketliliği, dengeli şarj döngüsü ve daha uzun çalışma ömürleri sağlayan yenilikçi elektrot malzemeleri arayışı göz önüne alındığında, bunların tümü önemlidir. Ociepa, "Lityum iyon tabanlı pil teknolojisinin kanıtlanmış bir başarı olduğu kesin, ancak hâlâ ele alınması gereken temel performans sorunları var" diyor. Bu sorunlar arasında düşük enerji yoğunluğu, kapasite düşüşü ve dendrit büyümesi (yıkıcı pil arızasına yol açabilen ağaç benzeri lityum yapılar) yer alır. "LEED ve AES'in kullanılması, yeni nesil pil malzemelerini daha iyi karakterize etmek için daha geniş bir analitik yetenekler yelpazesi açacaktır" diye ekliyor.

Ociepa ve meslektaşları, Lityum Difüzyon Test Cihazıson 18 aydır ultra yüksek vakumlu (UHV) bir çalışma ortamı gerektiren ve bir dizi malzeme için ilk araştırma bulgularını sunan Elektrokimya Topluluğu (ECS) yıllık toplantısı geçen yıl Ekim ayında Atlanta, GA'da (aşağıdaki "Temel fizik pil performansını nasıl yönlendirir" bölümüne bakın). AES ve LEED cihazlarının denenmiş ve test edilmiş OCI ürün serileri olduğu göz önüne alındığında, teknolojik atılım, çoklu çekirdek yapı taşlarının difüzyon test sistemine entegrasyonunda yatmaktadır - özellikle AES/LEED konfigürasyonu, lityum buharlaştırma kaynağı, numune aşaması soğutması ve ısıtmanın yanı sıra yük kilidi ve torpido gözü.

Ociepa, "Lityum Difüzyon Test Cihazı artık siparişten itibaren altı aylık teslim süresiyle müşterilere gönderilmeye hazır, anahtar teslimi bir sistemdir" diyor. "Şu anda, nanoyapılı silikon, silisyum karbür ve yüksek oranda yönlendirilmiş pirolitik grafit dahil olmak üzere bir dizi pil malzemesi üzerinde platformu uygulama ve doğrulama aşamasındayız."

Yerelleştirme anahtardır

OCI ekibinin yakın zamanda Lityum Difüzyon Test Cihazının yanında UHV uyumlu bir elektrokimyasal test hücresini entegre etmesiyle, teknolojik yenilik de devam etmektedir. Bu genişletilmiş konfigürasyon, elektrokimyasal test hücresinden difüzyon test odasına vakum koşullarını bozmadan aktarılabilen bileşenlerle, LEED ve AES kullanılarak tek tek pil elektrotlarının yerinde yüzey karakterizasyonunun yolunu açar.

Buradaki büyük kazanç, pil hücresinden ayrı olarak tek tek elektrotlar içindeki lityum difüzyonunu ölçmek için yüzey bilimi yöntemlerinin kullanılmasıdır - geleneksel elektrokimyasal test yöntemleri lityum difüzyonunu anot, katot ve elektrolit boyunca birlikte izleyen pil üreticileri için önemli bir ilerleme. hücre. Ociepa, "AES/LEED yaklaşımımız, performans testi, bozulma ve arıza analizi ve yeni nesil piller için aday malzemeler üzerinde ömür tahmini ölçümleri için benzeri görülmemiş bir yerelleştirme ve daha ayrıntılı bir resim sunuyor" diyor.

Sonuç olarak Ociepa, birleştirilmiş modalitelerin lityum difüzyonu hakkında endüstrinin başka hiçbir şekilde elde edemeyeceği benzersiz veri setleri oluşturma potansiyeline sahip olduğu sonucuna varıyor. "Bu yeteneğin, ürün geliştirme döngüsünün başlarında kritik arıza noktalarını saptarken, yeni aday malzemelerin hızlı bir şekilde alınmasını sağlayarak pil performansına alternatif bir bakış açısı sağlayacağını düşünüyoruz."

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/surface-science-modalities-shed-new-light-on-lithium-diffusion-in-battery-materials/