Dondurma teknolojisi, lityum pillere teknolojik yenilikler getirebilir
Kriyo-elektron mikroskobu (Cryo-EM), Kimya Ödüllü 2017 Nobel Ödülü sahibi teknolojidir. Kriyo-elektron mikroskobu numuneleri ultra düşük sıcaklıklarda dondurabildiğinden, biyolojik makromoleküller gibi elektron ışınına duyarlı materyallerin gözlemlenmesi için özellikle uygundur.Bu nedenle biyolojik makromoleküllerin yapısal karakterizasyonunda parlar ve yaşam bilimleri ile ilgili araştırmaları yeni bir çağa taşır.
Nobel Kimya Ödülü 2017 yılında verildiğinde, kimya alanında kriyo-elektron mikroskobu kullanılmadı. Birisi kriyo-elektron mikroskobunun fizikçilere Nobel Kimya Ödülü ile ödüllendirildiğini ve onları biyologlara yardım ettikleri için ödüllendirdiğini söyledi. Bilimde Nobel Ödülü hak edilmiş.
Kimya ödülünü kazandıktan sonra, yine de biraz kimya yapmalısınız. Ödülün hemen ardından, Stanford Üniversitesi'nden Profesör Yi Cui, Science'ta kriyo-elektron mikroskobunun ilk atom düzeyinde lityum metal dendrit görüntüsünü elde ettiğini bildirdi (Science, 2017, 358, 506-510, DOI: 10.1126 / science.aam6014).
Oda sıcaklığında TEM görüntüsü (solda), lityum dendritler elektron ışınları ile deliklerden eritilir. Kriyo-elektron mikroskobunda görüntüleme stabildir (sağda). Resim Science, 2017, 358, 506'dan.
Lityum pillerde lityum dendritler, büyüme süreci sırasında pil diyaframını delip kısa devrelere ve hatta yangına neden olabilir. Elektrot ve elektrolit sıklıkla bir katı elektrolit ara fazı (SEI) oluşturur ve bu da lityum dendrit oluşumunun öncüsü olarak kabul edilir. Bu nedenle, bu iki yapının doğasını anlamak, lityum pillerin güvenliğini ve performansını büyük ölçüde artıracaktır. Lityumun aktif doğası ve katı-sıvı arayüzünün karmaşıklığı nedeniyle, geleneksel karakterizasyon teknikleri genellikle lityum piller üzerinde araştırma başlatmayı imkansız hale getirir.
Bu iki anahtar yapının ayrıntılı temsili, bugünün doğa makalesinin cevaplamak istediği ana içeriktir.
Nature'ın son sürümünde, Cornell Üniversitesi araştırma ekibinin sonuçları bildirildi.Lityum pillerin elektrolit katı-sıvı arayüzünün ayrıntılı morfolojisi ve kimyasal bileşim analizini yapmak için diğer teknolojilerle birlikte dondurma teknolojisini kullandılar. Katı-sıvı pil arayüzünün nano ölçekli ayrıntıları ortaya çıkar (Nature560, 345-349 (2018), doi: 10.1038 / s41586-018-0397-3).
Lityum metal pil çalışırken, elektrolitin elektrot yüzeyinde kalması için söndürme gerçekleştirilir; bu, gerçek pil çalışırken orijinal durumda bir numune elde etmeye eşdeğerdir.
Soğutma teknolojisi diğer teknolojilerle entegre edilmiştir ve lityum metal pilin dendrit ve katı elektrolit ara faz (SEI) kaplamaları ayrıntılı olarak karakterize edilir İlgili teknolojiler kriyo odaklı iyon demetini (kriyo odaklı) içerir. iyon ışını, kriyo-FIB) ve kriyo-tarama transmisyonel ektron mikroskobu (kriyo-STEM) ve kriyo-EELS teknolojisi.
Elektrolit-lityum elektrot yakınındaki dendritlerin ve SEI tabakasının morfolojisi, kimyasal bileşimi ve uzamsal dağılımı hakkında tam bilgi elde edilir.
Lityum negatif elektrotta tip1 ve tip2 olmak üzere iki tür dendritin bir arada bulunduğu, bunlardan biri oksitlenmiş metalik lityum olan geniş bir SEI tabakası yapısına sahip, diğeri ise lityum hidrürden oluştuğu bulunmuştur.
Grafik hızlı çözüm
Şekil 1: Dendrit morfolojisini karakterize etmek için kriyo odaklı iyon ışını (kriyo-FIB) kullanma
Anahtar noktalar: Dendritler üreten yükseltilmiş parçalar üzerinde bir dizi arayüz dilimi (b) yapmak için FIB teknolojisini kullanın ve ardından c, d'yi görüntülemek için SEM kullanın ve son olarak farklı topografik özelliklerini (e) geri yüklemek için üç boyutlu yeniden yapılandırma teknolojisini kullanın. Sonuçlar, çok farklı morfolojilere sahip iki tip dendrit gösterdi.
Type1 daha büyük bir boyuta ve düşük eğriliğe sahipken, Type2 küçük bir boyuta ve daha fazla sarıma sahiptir.
Şekil 2: tip1 ve tip2 dendritlerin yapı ve eleman analizi
Anahtar noktalar: c, dHAADF-cryo-STEM, Type1 dendritlere 300-500nm kalınlığında bir SEI katmanının eşlik ettiğini ortaya koymaktadır.
e, f, element dağılımını görüntülemek için elektron enerji kaybı spektrumudur. C, oksijen ve florin, dendrit ve SEI tabakasının mekansal dağılımı arasındaki ilişki görülebilir.
Tip 2 dendritlerin temelde oksijensiz olduğunu unutmayın.
Şekil 3: Karbon ortamını ve dendritlere yakın uzaysal dağılımı analiz etmek için elektron enerji kaybı spektroskopi teknolojisini kullanma
Anahtar noktalar: C = O bağlarının dağılımı, SEI katmanının esas olarak lityum etilen dikarbonat olduğunu gösterir.
Şekil 4: Dendrit kimyasal bileşiminin ve uzamsal görüntülemenin doğrulanması (haritalama)
Anahtar nokta: Farklı bileşiklerin ve dendritlerinin O ve Li'nin K-kenar yapılarını karşılaştırmak için EELS kullanın.
Tip 1'in çoğunlukla kısmen oksitlenmiş lityum metal olduğu bulunmuştur. Ve tip2 lityum hidrittir.
