测·控领域专业互动媒体平台
推动测试测量,检测诊断,传感物联,遥测自控智能化发展
当前位置:CK365中国测控网 > 技术中心 > 相关知识 >

利用冷冻电镜观测电池材料和界面原子结构技术揭密

材料牛 2017-10-30 11:36:28

[导读] 崔屹团队实现了利用冷冻电镜观测电池材料和界面原子结构,观察到碳酸盐基电解质中的枝晶沿着(优先),或方向生长为单晶纳米线。

【背景介绍】

冷冻电镜(Cryo-EM),是用于扫描电镜的超低温冷冻制样及传输技术。可实现直接观察液体、半液体及对电子束敏感的样品,如生物、高分子材料等。样品经过超低温冷冻、断裂、镀膜制样(喷金/喷碳)等处理后,通过冷冻传输系统放入电镜内的冷台(温度可至-185℃)即可进行观察。其中,快速冷冻技术可使水在低温状态下呈玻璃态,减少枝晶的产生,从而不影响样品本身结构,冷冻传输系统保证在低温状态下对样品进行电镜观察。比较经典的锂离子电池由负极(阳极),正极(阴极),聚合物隔板和有机液体电解质构成。虽然实际中每个电池组件都是宏观的,但很多时候需要在微观,纳米和原子尺度上研究,以探索电池的更多性能。透射电子显微镜(TEM)虽然可用于研究电池材料,但成像仅限于在电子束下具有稳定性的样品。而且透射电子显微镜研究在操作后不能保持光束敏感性电池材料的原始状态,这种材料只有在低温条件下才会保持原始状态。

【成果简介】

北京时间2017年10月27日,Science在线发表了美国斯坦福大学崔屹(通讯作者)团队题为“Atomic structure of sensitive battery materials and interfaces revealed by cryo–electron microscopy”的文章,继冷冻电镜获得诺贝尔奖后,应用冷冻电镜的又一力作。理论上,可以在原子尺度上将单个锂金属原子及其界面分解。崔屹团队实现了利用冷冻电镜观测电池材料和界面原子结构,观察到碳酸盐基电解质中的枝晶沿着<111>(优先),<110>或<211>方向生长为单晶纳米线。这些生长方向可能会发生变化,但没有观察到晶体缺陷。 此外,团队还揭示了在不同电解质中形成的不同的SEI纳米结构。这项工作提供了一种简单的方法在原子尺度上保留和成像光束敏感性电池材料的原始状态,揭示其详细的纳米结构。从这些实验中观察到的相关数据可以实现对电池故障机理的完整了解。尽管此工作以Li金属为例来证明cryo-EM的实用性,但是这种方法也可能会扩展到涉及光束敏感材料(如锂化硅或硫)的其他研究。

【图文导读】

图1 通过cryo-EM保留和稳定Li金属原始状态

图2 Li金属枝晶的原子级分辨率TEM

图3Li金属树枝状晶体的晶面行为

图4 Li金属枝晶和SEI界面的原子分辨率TEM分析

[整理编辑:中国测控网]
标签:  冷冻电镜[4]    电池材料[4]    锂电池[0]
 
[ 技术中心搜索 ]  [ ]  [ 好友分享 ]  [ 打印本文 ]  [ 关闭窗口 ]  [ 返回顶部 ]

版权与免责声明:

①凡本网注明"来源:中国测控网"的所有作品,版权均属于中国测控网,转载请必须注明中国测控网 www.ck365.cn。违反者本网将追究相关法律责任。
②本网转载并注明自其它来源的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如其他媒体、网站或个人从本网下载使用,必须保留本网注明的"稿件来源",并自负版权等法律责任。
③如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。

注册成为中国测控网会员

可以无需任何费用浏览专业技术文章

 
 
注册中国测控网会员以便浏览全文