Grafietkristalmodelmonster en SEI-vorming op het randgedeelte versus basaal vlak. A Optisch beeld van een HOPG-modelmonster in dwarsdoorsnede. B Raman-spectra op gepolijste sectie en basisvlak van voorbereid modelmonster. C Eerste twee cyclische voltammetrie (CV) curven van modelvoorbeeld. (0,5 mV/s scansnelheid, 1 M LiPF6 zout in de EC/DMC = 1:1 vol% elektrolyt) (D) G-band van operando Raman-spectra in sectiegebied bij de eerste lithium-intercalatie. e–H Dynamische topografische evoluties tijdens de 1e CV-scan in op ethyleencarbonaat (EC) gebaseerde elektrolyt, atomaire krachtmicroscopie (AFM)-beelden met hoge vergroting van SEI-vorming op monster (G) randvlakken en H basale vlakken. i, J Dwarsdoorsnedeprofielen en schema’s van de atomaire stapwikkeling van grafiet in (H) bij verschillende spanningsbereiken 1 en 6, dienovereenkomstig. Credit: Natuurcommunicatie (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-37033-7
Onderzoekers van Lancaster University hebben een techniek ontwikkeld om voor het eerst de interne 3D-structuur van oplaadbare batterijen te observeren.
Het onderzoek, gepubliceerd in Natuurcommunicatiewordt geleid door professor Oleg Kolosov van Lancaster’s Physics Department in samenwerking met University College London en NEXGENNA Faraday Institution Consortium.
Het team gebruikte een nieuwe op 3D Nano-Rheology Microscopy (3DNRM) gebaseerde techniek om de 3D-nanostructuur in oplaadbare batterijen te visualiseren, van de elektrische dubbellaag op moleculaire schaal tot de nanoschaal dikke elektrochemische oppervlaktelaag op het grafietanode-oppervlak in een lithium- ion batterij.
Dit maakte voor het eerst de directe observatie mogelijk van de voortgang van de gehele driedimensionale structuur van de vaste elektrische interface (SEI), een passiveringslaag op nanoschaal gevormd op de batterij-elektrode-elektrolytinterface, die de belangrijkste eigenschappen van de batterij vooraf bepaalt.
De auteurs waren in staat om belangrijke voorspellers van SEI-laagvorming te onthullen in een complex samenspel van moleculaire dimensie elektrische dubbellaagse structuren, oppervlakte-eigenschappen van koolstoflagen en interactie tussen oplosmiddel en Li-ionen in de elektrolyt.
De nanoarchitectuur van vast-vloeistofinterfaces is van cruciaal belang voor hoogwaardige batterijen, maar het was moeilijk om reactie-interfaces in batterijen te karakteriseren vanwege hun inherente ontoegankelijkheid.
Dr. Yue Chen van Lancaster University, die de hoofdauteur is, zei: “Tot nu toe is het begrijpen van het SEI-vormingsmechanisme nog steeds een zeer uitdagend en minst onderzocht gebied vanwege het ontbreken van een grensvlakkarakteriseringstechniek die in staat is tot zowel resolutie op nanoschaal als werking. in de werkende batterijomgeving.”
De dynamiek van grensvlakreacties definieert de energiestroom en -omzetting en regelt de overdracht van chemische soorten in belangrijke fysische, chemische en biologische processen, van katalytische reacties, energieopslag en -afgifte in batterijen tot antigeen-antilichaam-interacties en informatieoverdracht door neurale cellen.
Dit opent een breed scala aan gebieden voor de nieuwe techniek, van energieopslag en chemische technologie tot biomedische toepassingen.
Meer informatie:
Chen, Y. et al, Nanoarchitectuurfactoren van vaste elektrolyt-interfasevorming via 3D nano-reologiemicroscopie en oppervlaktekracht-afstandsspectroscopie, Natuurcommunicatie (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-37033-7. www.nature.com/articles/s41467-023-37033-7
Aangeboden door Lancaster University
