Avec le développement rapide de l'équipement électronique portable et des véhicules électriques, les gens en plus de la poursuite de la capacité de la batterie au lithium, charge et décharge plus rapidement, le plus préoccupé est de savoir comment protéger la sécurité des batteries au lithium en raison de l'explosion de la batterie au lithium Et d'autres événements, inévitablement rendre les gens nerveux.Comment résoudre le problème de la prémisse de la sécurité de la batterie au lithium est que les scientifiques autant que possible une compréhension approfondie et complète des causes de l'explosion de la batterie au lithium.
L'explication scientifique actuelle est que la surface du dépôt de lithium de l'électrode formera un dendrites (dendrites), et il continuera à croître, provoquant un court-circuit interne causé par une panne de batterie ou un incendie, mais comment comprendre et rechercher à partir du niveau atomique. Et puis pour trouver une solution au problème, dans le passé, le manque de moyens techniques efficaces.
Ce mois-ci vient de remporter le prix Nobel 2017 pour la technologie de la technologie chimique (cryo-EM), afin de fournir un support technique solide Université de Stanford, Département américain de l'énergie directement sous la direction du Laboratoire d'accélérateur national SLAC Professeur Cui Yi, 1997 L'équipe de recherche de Zhu Diwen et al., Lauréate du prix Nobel de l'année, a capturé l'image des premiers dendrites lithium-métal de classe atomique de cryo-EM, dont les résultats ont été publiés le 27 octobre, heure locale. Dans la revue scientifique internationale "Science" sur.
L'affichage de l'image, chacun des dendrites de lithium est un métal de forme allongée, à six côtés et en forme de cristal parfait. Observée précédemment par un miroir de microscope électronique seulement des cristaux de forme irrégulière. Cui Yi a dit, « recherche est très excité, mais aussi ouvert une nouvelle situation pour la recherche!
cryo-microscopie électronique, par définition, est appliquée la microscopie de fixation congelé en utilisant un microscope électronique à transmission (Transmission Electron Microscope, dénommé TEM) observation de l'échantillon à basse température. Des études de cryo-microscopie électronique sont d'importants procédés de biologie structurale, est l'obtention d'une macromolécule biologique Structure des moyens importants.
Parce que l'image est la clé pour comprendre le mécanisme des avancées scientifiques sont souvent construits à l'oeil nu sur la cible acquise avec succès sa conformation visuelle., Les gens pensent depuis longtemps qui ne convient pas pour l'observation TEM de molécules biologiques, en raison de la forte faisceau d'électrons va détruire le matériel biologique. Cependant, congelés miroir générait de l'électricité, afin que les chercheurs de l'englacement 'biomolécules, une observation et d'analyse de mouvement sans précédent, pour la compréhension et la caractérisation de ces programmes de développement pharmaceutique chimique de la vie ont un impact décisif. pour cette raison, cette année sera également cryo-EM neige La chimie des cloches sera incorporée dans le bras.
Dans l'image TEM à température ambiante, les dendrites du lithium sont corrodées par l'exposition à l'air, et le faisceau d'électrons fait également fondre un grand nombre de trous au-dessus .. À droite: L'image sous cryo-EM, l'environnement gelé conserve son original De l'état, indiquant qu'il a une interface claire des nanofils de cristal.
Pour le lithium et d'autres matériaux, il n'est pas possible d'utiliser un microscope électronique à projection pour voir les résultats du niveau atomique dendritique.Selon le biomatériau, lorsque le TEM est utilisé à température ambiante, le bord des dendrites sera recourbé ou même fondu par impact du faisceau d'électrons. Yan Na Li, étudiant au doctorat à l'université de Stanford, a déclaré que la préparation de l'échantillon de microscope électronique à transmission était effectuée dans l'air, mais que le lithium métal serait rapidement corrodé dans l'air. Quand le lithium est dedans, les électrons «forent des trous» dans les dendrites et fondent même complètement.
Yanbin Li, un doctorant de Stanford qui a participé à l'étude, a déclaré: «C'est comme couper un arbre avec une loupe au soleil, mais si vous pouvez refroidir les feuilles, le problème sera résolu: vous concentrez votre lumière sur les feuilles, La même chose sera perdue, les feuilles ne seront pas détruites.C'est ce que nous pouvons utiliser microscope électronique congelé peut réaliser l'effet de l'utilisation de matériaux de la batterie sur l'imagerie, la différence est très évidente.
Par conséquent, le microscope à congélation électronique non seulement fait de la biochimie dans une nouvelle ère, mais aussi pour les scientifiques pour la première fois au niveau atomique pour voir la structure complète des dendrites de lithium.Les chercheurs ont également constaté que dans l'électrolyte carbonaté dans les dendrites le long d'un Croître dans des directions spécifiques pour les nanofils monocristallins, dont certains seront noués lors de la «croissance», mais leurs structures cristallines restent intactes.
Un autre chercheur de l'Université de Stanford, qui a participé à l'étude, a dit que l'interface des électrolytes solides (SEI) était également visible et que différentes nanostructures SEI formées dans différents électrolytes étaient également révélées parce que lorsque la batterie était chargée et déchargée , Le même revêtement sera formé sur l'électrode métallique, donc contrôler sa génération et sa stabilité pour l'utilisation efficace de la batterie est essentielle.
En utilisant cryo-EM, les scientifiques peuvent observer comment les électrons émergent des atomes dans les dendrites, révélant la position d'un seul atome (à gauche) .Les scientifiques peuvent même mesurer la distance entre les atomes (en haut à droite) et l'espacement atomique Indiquant qu'ils sont des atomes de lithium (en bas à droite).
Le communiqué de presse publié par le SLAC montre qu'au microscope, les chercheurs utilisent différentes techniques pour observer comment les électrons émergent des atomes dendritiques pour révéler la localisation des atomes individuels dans le cristal et son revêtement interfacial électrolytique solide. Lors de l'ajout de produits chimiques couramment utilisés pour améliorer les performances de la batterie, la structure atomique du revêtement interfacial électrolyte solide devient plus ordonnée, et cela aidera à expliquer pourquoi l'additif fonctionnera.
«Nous sommes très excités, c'est la première fois que nous pouvons obtenir une image dendritique aussi détaillée, mais aussi pour la première fois, nous voyons la couche d'interface électrolyte solide de la nanostructure.» Yanbin Li a déclaré: «Cet outil peut nous aider à comprendre Des électrolytes sont ce genre d'effet, et pourquoi une partie de l'électrolyte est meilleur que l'autre.
Les données de ces expériences peuvent être utilisées pour mieux comprendre le mécanisme de défaillance de la batterie.Bien que ce travail est sur le lithium métallique comme un exemple pour prouver la praticité de cryo-EM, mais cette méthode peut également être étendue pour impliquer la lumière Des matériaux tels que le carbure de silicium ou le soufre L'équipe de recherche a également dit qu'ils ont l'intention de se concentrer sur une meilleure compréhension des propriétés chimiques et de la structure de la couche d'interface électrolyte solide.
