Con el rápido desarrollo de equipos electrónicos portátiles y vehículos eléctricos, las personas, además de la capacidad de la batería de litio, carga y descarga más rápido, más preocupado es cómo proteger la seguridad de las baterías de litio debido a la explosión de la batería de litio de vez en cuando Y otros eventos, inevitablemente hacen que la gente nerviosa. Cómo resolver el problema de la premisa de seguridad de la batería de litio es que los científicos, en la medida de lo posible, una comprensión exhaustiva y exhaustiva de los motivos de la explosión de la batería de litio.
La explicación científica actual es que la superficie de la deposición del litio del electrodo formará dendritas (dendritas) y seguirá creciendo, lo que provocará un cortocircuito interno de la batería causado por una falla de la batería o puede provocar un incendio, pero cómo entender e investigar desde el nivel de la estructura atómica. Y luego para encontrar una solución al problema, en el pasado la falta de medios técnicos efectivos.
Este mes acaba de ganar el Premio Nobel 2017 de Tecnología Química (cryo-EM), para proporcionar un fuerte soporte técnico. Universidad de Stanford, Departamento de Energía de los EE. UU. Directamente bajo el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC Profesor Cui Yi, 1997 El equipo de investigación ganador del Premio Nobel de Año Zhu Diwen et al. Captó la imagen de las primeras dendritas de metal litio de grado atómico por medio de cryo-EM. Los resultados fueron publicados el 27 de octubre, hora local. En la revista académica internacional "Science" en.
La visualización de la imagen, cada una de la dendrita de litio es un metal alargada, de seis caras y conformada cristal perfecto. Anteriormente observada por un microscopio electrónico de espejo sólo cristales de forma irregular. Cui Yi dijo, 'investigación es muy excitado, sino que abrió una nueva situación para la investigación! '
crio-microscopía electrónica, por definición se aplica microscopía fijación congelado usando un microscopio electrónico de transmisión (microscopio electrónico de transmisión, se hace referencia como TEM) observación de la muestra a baja temperatura. estudios crio-microscopía electrónica son importantes métodos de biología estructural, es la obtención de una macromolécula biológica un medio importante de estructura.
Debido a que la imagen es la clave para entender el mecanismo de los avances científicos a menudo se construyen a simple vista en el objetivo adquirido con éxito su conformación visual. Durante mucho tiempo, la gente piensa que no es adecuado para TEM observación de moléculas biológicas, debido al haz de electrones fuerte destruirá el material biológico. Sin embargo, congelados electricidad generada espejo, por lo que los investigadores pueden capturar hasta 'biomoléculas, una observación movimiento sin precedentes y análisis, para la comprensión y caracterización de éstos desarrollo farmacéutico química de la vida tienen un impacto decisivo. por esta razón, este año también será la crio-EM Snow química de bell en el brazo.
En la imagen TEM a temperatura ambiente, las dendritas de litio se corroen por la exposición al aire, y el haz de electrones también derrite una gran cantidad de agujeros. Derecha: la imagen en cryo-EM, el ambiente congelado conserva su original Del estado, lo que indica que tiene una interfaz clara de los nanocables de cristal.
Para litio y otros materiales para el mismo, no puede ser utilizado para visualizar los resultados de átomos de dendritas de nivel de microscopio electrónico de transmisión. Biomateriales y similares, utilizando las TEM a temperatura ambiente por incide el haz de electrones, la dendrita enrollamiento borde incluso en estado fundido. Participación el trabajo de doctorado de la Universidad de Stanford Yanbin Li dijo 'preparación de muestras TEM se lleva a cabo en el aire, el metal de litio se corroe rápidamente en el aire' ', cada vez que intentamos con un microscopio de electrones de alta energía para observar un metal cuando los electrones de dendritas de litio estarán en los agujeros de perforación ', incluso que se derrita por completo.'
Yanbin Li, un estudiante de doctorado de Stanford que participó en el estudio, dijo: "Es como cortar un árbol con una lupa al sol, pero si puedes enfriar las hojas, el problema se resolverá: enfocas la luz en las hojas, Lo mismo se perderá, las hojas no se destruirán. Esto es lo que podemos usar. El microscopio electrónico congelado puede lograr el efecto del uso de materiales de batería en las imágenes, la diferencia es muy obvia.
Por lo tanto, el microscopio electrónico de congelación no solo convierte la bioquímica en una nueva era, sino también para los científicos por primera vez a nivel atómico para ver la estructura completa de las dendritas de litio. Los investigadores también encontraron que en el electrolito a base de carbonato en las dendritas Crezca en direcciones específicas para los nanocables de un solo cristal, algunos de los cuales se anudarán durante el "crecimiento", pero sus estructuras cristalinas permanecerán intactas.
Otro investigador de la Universidad de Stanford, que participó en el estudio, dijo que también se veía la interfaz electrolítica sólida (SEI) y que también se revelaron diferentes nanoestructuras SEI formadas en diferentes electrolitos porque cuando la batería estaba cargada y descargada , El mismo revestimiento se formará en el electrodo de metal, por lo que es esencial controlar su generación y estabilidad para el uso eficiente de la batería.
Usando cryo-EM, los científicos pueden observar cómo los electrones emergen de los átomos en las dendritas, revelando la posición de un solo átomo (izquierda). Los científicos incluso pueden medir la distancia entre los átomos (arriba a la derecha) y el espaciado atómico Indicando que son átomos de litio (abajo a la derecha).
SLAC comunicados de pantalla de prensa, bajo el microscopio, los investigadores usaron diferentes técnicas para observar los electrones de expulsión de átomos de forma de dendritas se describe cristalina película interfaz de electrolito sólido, y su posición de recubrimiento de los átomos individuales cuando los mismos Cuando se agregan productos químicos que se usan comúnmente para mejorar el rendimiento de la batería, la estructura atómica del revestimiento interfacial de electrolito sólido se vuelve más ordenada, y esto ayudará a explicar por qué funcionará el aditivo.
"Estamos muy entusiasmados, esta es la primera vez que podemos obtener una imagen dendrítica tan detallada, pero también, por primera vez, vemos la capa sólida de interfase electrolítica de la nanoestructura." Yanbin Li dijo: "Esta herramienta puede ayudarnos a entender las diferentes De los electrolitos son qué tipo de efecto y por qué parte del electrolito es mejor que el otro.
Los datos de estos experimentos se pueden utilizar para comprender mejor el mecanismo de falla de la batería. Aunque este trabajo es de metal de litio como un ejemplo para demostrar la practicidad de cryo-EM, pero este método también puede extenderse para involucrar a la luz sensible Materiales como carburo de silicio o azufre. El equipo de investigación también dijo que planean enfocarse en una mayor comprensión de las propiedades químicas y la estructura de la capa de interfaz de electrolito sólido.
