리튬 이온 배터리 연구에 원자력 현미경의 적용
리튬 이온 배터리(LIB)는 현재 높은 비에너지, 긴 사이클 수명, 높은 안전 성능 및 환경 보호로 인해 가장 유망한 고효율 화학 에너지 저장 전원입니다. 최근 몇 년 동안 LIB의 연구 방향은 주로 새로운 고효율 양극 및 음극 재료의 연구 개발, 전해질 변경을 통한 배터리 안전 성능 향상 및 고체 전해질 계면 필름 (고체 전해질)의 안정성 향상에 중점을 두었습니다. 인터페이스, SEI) 음극 물질에. SEI 필름은 LIB의 1차 충방전 과정에서 고체-액체상 계면에서 전해질과 전극물질이 반응하여 형성된 전극물질 표면을 덮는 보호막을 말한다. SEI 필름은 고체 전해질의 특성을 지닌 전자 절연체이면서 리튬 이온의 우수한 전도체이기도 하여 리튬 이온이 이 층에 자유롭게 삽입 및 추출되도록 하며 안정성이 사이클 성능에 큰 영향을 미칩니다. 리튬 이온 배터리 LIB의 안전성. 큰 영향. 일반적으로 전기화학적 임피던스 분광법, 라만 분광법, X-선 광전자 분광법, AFM 등을 이용하여 SEI 막의 형성, 변화 및 기능을 연구하는데, 그 중 AFM은 SEI 막의 형성, 변형 및 파열 연구에 매우 중요한 역할을 한다. SEI 영화. 중요한 역할.
1982년 주사터널링현미경(STM, Scanning Tunneling Microscope)이 등장하면서 물질 표면의 개별 원자 배열과 표면 전자밀도함수와 관련된 물리화학적 특성을 실시간으로 관찰할 수 있게 됐다. 그러나 STM의 작동 원리는 이미징을 위해 프로브와 전도성 표면 사이의 거리에 따라 기하급수적으로 변하는 터널링 전류를 사용하는 것입니다. 따라서 STM이 감지할 수 있는 재료는 전도성이 있어야 하며 이는 적용을 제한합니다. 이를 보완하기 위해 1986년 BINNIG 등은 STM의 탐침 원리를 이용한 원자력현미경(AFM)을 발명했다. 원자현미경은 전도체, 반도체 재료뿐만 아니라 절연체 재료도 감지할 수 있으며 대기, 진공, 액체 및 기타 환경에서 다양한 물리적 특성을 분석할 수 있습니다. 따라서 표면 과학, 재료 과학, 생명 과학 및 기타 분야의 연구에서 큰 의미가 있습니다. 큰 의미와 광범위한 응용 전망.
혁신 포인트 및 해결된 문제
높은 에너지 밀도, 높은 사이클 수명, 안전성 및 기타 많은 장점으로 인해 리튬 이온 배터리는 현대 생활에서 가장 인기 있는 휴대용 전원이며 광범위한 응용 가능성을 가지고 있습니다. 리튬이온전지의 잠재력을 최대한 발휘하고 실용화를 촉진하기 위해서는 전극 반응 과정에 대한 심도 있는 연구가 필요하다. 원자간력현미경(AFM)은 리튬이온 배터리 연구의 강력한 조력자로서 전극 끝에 있는 원자와 전극 표면에 있는 원자 사이의 상호작용을 통해 전극 표면의 미세한 형태를 실시간으로 감지할 수 있습니다. , 나노미터 규모의 전극 표면에 물리적 및 화학적 정보를 제공합니다. 전극 재료와 전해질의 최적화 및 수정을 위한 실험적 기초를 제공합니다. 이 논문은 전기화학 반응 조건에서 전극 재료의 형태 변화, 나노역학적 특성 및 전기적 특성을 포함하여 리튬 이온 배터리 연구에서 AFM의 최신 응용 진행 상황을 검토하여 AFM이 리튬 이온 배터리의 연구 진행을 더욱 촉진할 것임을 나타냅니다. .
AFM 기술이 등장한 이래 리튬 이온 배터리 LIB 분석에 널리 사용되었습니다. 나노미터 규모에서 형태 및 특성의 진화를 감지하는 저파괴 능력은 리튬 이온 배터리 LIB를 더 깊이 이해하는 데 도움이 됩니다. 음극재와 SEI 필름의 구조 및 관련 특성은 리튬 이온 배터리용 LIB 개발 및 연구에 견고한 기반을 마련했으며 리튬 이온 배터리 개발을 더욱 촉진했습니다. 본 논문에서는 양극 및 음극 물질과 SEI 박막 연구에서 원자현미경의 응용 및 연구 경과를 형태, 기계적 특성 및 전기화학적 특성 측면에서 검토하였다. 이러한 연구는 원자현미경이 리튬 이온 배터리의 연구 및 응용 분야에서 여전히 발전할 여지가 많다는 것을 나타냅니다. 또한 많은 연구에서 AFM의 기계적 측정이 다른 현장 특성화 기술에 비해 큰 이점이 있으며 이 방법은 서로 다른 배터리 작동 조건에서 계면 및 전극의 기계적 및 구조적 진화를 관찰하는 데 큰 잠재력이 있음을 발견했습니다. 마지막으로, 다른 감지 기술과 함께 추가 스캐닝 모드의 개발은 AFM 적용에 대한 새로운 전망을 열어줍니다.
