Institute of High Energy Physics Beijing Synchrotron Radiation Research Associate Zhang Kai et al e colaboração grupo de pesquisa nacionais e estrangeiras, a tecnologia de imagem radiação síncrotron multi-escala na bateria de lítio-ion química - a pesquisa mecanismo quantitativo progresso recession de interação da mecânica resultados da investigação recentemente publicada na (materiais avançadas de energia) a revista "avançados materiais energéticos".
Com os avanços da tecnologia, as empresas têm cada vez mais urgente para a demanda de energia. Ao mesmo tempo, as pessoas são confrontadas com a crise energética e os problemas ambientais causados por fontes de energia tradicionais. Portanto, as pessoas estão constantemente à procura de desempenho de segurança barato, ambientalmente amigável, e excelente de novos materiais energéticos. Entre eles, as baterias de lítio como o representante de dispositivos de armazenamento de energia eficientes tornaram-se uma importante direção de novas pesquisas de energia. Como um sistema composto típico multiescalar heterogénea, embora os iões básicos migrar sistemas de baterias de iões de lítio na escala atómica, mas os mais importantes indicadores de desempenho do dispositivo, tais como a densidade de energia, a carga de alta velocidade / capacidade de descarga e vida do material assim depende de muitos o efeito combinado de diferentes escalas. Portanto, a forma de alcançar imagem multi-escala de meios de formação de forma microscópica, eléctrodo de compósito mesoscopic na gama escala macroscópica de uma estrutura cristalina tridimensional, e é igual à informação morfologia, a migração dos iões e dispositivo de carga compreender o desenvolvimento de uma eficiência tão elevada, elevada estabilidade materiais de bateria é essencial.
Nos últimos anos, graças à utilização da teoria e um processo de desenvolvimento de tecnologia de imagem de elemento óptico e radiação sincrotrónica de produção, as técnicas de imagiologia microscópicas sincrotrónica de raios-X pode ser implementada distinguidos dos nanómetros a escala mícron de multi-resolução tridimensional imagem estrutural não-destrutiva. espectroscopia de imagiologia de raios-X sincrotrão Além disso, a técnica e a absorção quase borda espectroscopia combinados podem ser formados em um sem perdas reconstruído tridimensional material de topografia lítio eléctrodo no ambiente in situ, e a valência do elemento de irregularidade de distribuição, etc. informações. Isto permite que a imagem de raios-X sincrotrão microscopia ser o método mais directo e eficaz de multi-escala topografia tridimensional da associação e propriedades de material do eléctrodo compósito, o material de eléctrodo para o entendimento do mundo microscópico abre uma nova janela.
Zhang Kai, que cooperam com a equipa nacional e internacional de técnicas de imagem que usam radiação sincrotrónica químicas no interior do mesoescala (partículas secundárias) e macro-escala (grau eléctrodo) materiais de bateria de lítio - interacção mecânica de análise quantitativa, os resultados da investigação recentemente publicados na revista Materiais Avançados de Energia (Adv. Energia Mater.2019, 1900674). Yang Yang (fonte de radiação síncrotron Europeia), Xu Rong (Purdue University), Zhang Kai (Pequim síncrotron fonte de radiação) é co-primeiro autor do papel, Zhaoke Jie (Purdue University), Raymond (Virginia Polytechnic Institute) e Liu Yi Jin (Stanford Synchrotron fonte de radiação) como um co-autor correspondente do papel.
Em primeiro lugar eles nanómetro resolução (30 nm), estudaram 10 micra de diâmetro LiNi1-x-yMnxCoyO2 (NMC) espectroscopia de imagiologia de partículas secundários ricos em níquel, as partículas encontradas na bateria de lítio durante a carga e descarga irá gerar uma grande quantidade de fendas, que compreende desenvolvimento precoce de fissuras e a formação de fendas de maduro, 1 (i) setas verdes e vermelhas setas mostradas na FIG. Desenvolvimento de uma superfície de crack maduro apresenta um estado de oxidação superior, A Fig. 1 (j) Como ainda verificado por imagiologia de espectroscopia de raios-X. Isto é devido à penetração do líquido electrólito, interface sólido-líquido tornar a nova precipitação de iões de lítio causado. E fissura inicial devido à falta de infiltrados electrólito líquido, assim estes óxido de níquel regiões de valência e nenhuma alteração significativa em relação a toda a área do corpo celular em relação a outras partículas, distribuição de energia, como mostrado na Fig. 1 k arestas (k) ser Ni shows.
Nesta base, a fim de mudanças de estudo no desenvolvimento de partículas de células rachaduras internas impacto no desempenho da bateria de lítio, os investigadores utilizaram a técnica de imagiologia de contraste de fase de raios-X de química ao longo do eléctrodo de partículas de material são milhares de células - as interacções mecânicas Estudo experimental do sistema de imagem analisa a condutividade desequilíbrio local e condutividade iónica na escala não uniforme dano macroscópico mesoscopic a bateria reflectida partículas. reconstrução significativa encontrada no carregamento rápido condição, a superfície do eléctrodo inteiro foram submetidos (2c.d figura), um eléctrodo de topo (perto do separador) submetido a uma mudan de fase local, mais grave, a conversão a partir da estrutura em camadas e a espinela mistura de estrutura de sal gema, a maioria das partículas de morfologia de células tridimensionais foram severamente danificadas; morfologia tridimensional das partículas obtidas eléctrodo de placa inferior relativamente melhor preservação como 2d.f FIG. Os dados indicam que existe irregularidade nas escalas de reacção eléctrodo, esta irregularidade nas direcções da profundidade e transversais é óbvia.
Este pesquisadores de trabalho entender o mecanismo de desempenho atenuação materiais de cátodo bateria de lítio fornecem informações importantes e, portanto, pode ajudar as pessoas construir ligações entre as propriedades microscópicas e macroscópicas da estrutura material dos materiais de bateria. Esta informação não só do ponto de vista dos materiais de aplicação vai ajudar os cientistas a melhorar ainda mais as propriedades dos materiais bateria e mecanismos de falha de material de pesquisa científica básica também tem um valor importante. técnica de imagem multi-escala utilizada no estudo de muitas disciplinas pesquisas de ponta desenvolvidas pela utilização de grandes instalações científicas têm uma referência importante.
distribuição de partículas de células FIG 1 NMC622 de defeitos estruturais na escala nanométrica. (H) X-ray nano resolver partículas celulares NMC622 individuais espectroscopia obtido por estruturas de imagem de distribuição de informação de imagem tomográfica fatia (i) NMC622 bateria (direcção YX) diferentes falhas (direcção ZX) de posição, mostra a seta vermelhas o desenvolvimento de fissura madura , seta verde é apresentada como a formação inicial de fissuras. (J) para a distribuição de energia borda Ni K na imagem tomográfica fatia de imagem (i) NMC622 bateria (k) é o desenvolvimento de fissuras junto a distribuição amadurecer Ni K energia borda.
Figura 2 NMC622 material de eléctrodo depois de 10 carregamento rápido e descarga (carga 5C taxa), a parte superior da fatia tomográfica e a fatia tomográfica inferior contraste topografia. fatia imagem tomográfica (a) NMC622 eléctrodo de material superior. imagem fatia de imagem tomográfica fatia de material (C) NMC622 topo do eléctrodo após a segmentação da imagem. A parte inferior da imagem tomográfica fatia (b) NMC622 Material do eléctrodo. (D) NMC622 imagem inferior eléctrodo material de imagem tomográfica fatia fatia após a segmentação da imagem. (E) (F) e classificação TEY usando o padrão de raios-x de baixa energia para o material obtido NMC622 TFY parte inferior do eléctrodo (azul curva) e superior (curva a vermelho) espectro de absorção dos resultados do teste.
Fonte: Instituto de Física de Altas Energias
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