Wissenschaftler fanden heraus, dass die Ursache der Lithiumbatterie häufig explodiert.

Mit der rasanten Entwicklung von tragbaren elektronischen Geräten und Elektrofahrzeugen, zusätzlich zur Verfolgung von Menschen, ist die Lithiumbatterie Die Kapazität der größeren, schneller zu laden und zu entladen, mehr Sorge, wie Lithium geschützt werden kann Die Batterie Die Sicherheit der Verwendung. Weil hin und wieder Lithium-Strom-Pool-Ereignisse wie Explosionen, MianBuDe Menschen nervös machen. Ist die Voraussetzung für die Lösung des Problems der Sicherheit von Lithium-Batterien, Wissenschaftler als tiefgreifendes und umfassendes Verständnis der Lithium-Batterie als Ursache der Explosion .

Die wissenschaftliche Erklärungsebene ist, dass die Oberflächenablagerung der Lithiumelektrode "dendritisch" (Dendriten) bilden kann und weiter wächst, was zu einem durch Fehler verursachten internen Kurzschluss der Batterie führt oder einen Brand verursachen kann. Aber wie man von der Ebene der Atomstruktur weiß und studiert und dann die Lösung für das Problem findet, das Fehlen wirksamer technischer Mittel in der Vergangenheit.

Dieser Monat hat gerade den Nobelpreis für Chemie 2017 gewonnen. Die Technologie für gefrorenes Elektronenmikroskop (Journal - EM) bietet leistungsstarken technischen Support. An der Stanford University, direkt unter der Abteilung für Energie (doe) des SLAC National Accelerator Laboratory von Professor Yi Cui, hat Steven Chu, ein Nobelpreisträger für Physik im Jahr 1997, wie das Volksteam, Bilder nur mit einem Gefrierelektronenmikroskop (Journal - EM) aufgenommen des ersten atomaren Lithiummetalldendriten. Die Ergebnisse der Studie wurden am 27. Oktober Ortszeit in den internationalen akademischen Zeitschriften der Zeitschrift Science veröffentlicht.

Jeder Lithiumdendrit ist ein langer Streifen, der perfekte sechsseitige Kristalle formt. Zuvor wurde durch eine Elektronenmikroskoplinse eine unregelmäßige Form des Kristalls beobachtet. Yi cui sagte: "Die Ergebnisse der Studie sind sehr aufregend, und die damit verbundene Forschung hat eine neue Situation eröffnet!"

Gefrorenes Elektronenmikroskop ist, wie der Name schon sagt, die Anwendung der gefrorenen Fixierung unter Verwendung der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) bei niedriger Temperatur (Transmissionselektronenmikroskop, TEM), um die Mikrostruktur der Probe zu beobachten. Gefrorenes Elektronenmikroskop ist eine wichtige strukturbiologische Forschungsmethode und ein wichtiges Mittel, um eine biologische makromolekulare Struktur zu erhalten.

Da das Bild der Schlüssel zum Verständnis des Mechanismus ist, basieren wissenschaftliche Durchbrüche häufig darauf, dass das Ziel mit bloßem Auge erfolgreich seine visuelle Struktur erhält. Lange Zeit glauben die Menschen, dass TEM nicht zur Beobachtung biologischer Moleküle geeignet ist, da ein starker Elektronenstrahl die biologischen Materialien zerstört. Die Herstellung der Gefrierelektronenmikroskopie (sem) ermöglicht es Forschern, biologische Moleküle "einzufrieren", eine beispiellose Analyse des Bewegungsprozesses, die Charakterisierung der Entwicklung des Verständnisses der Chemie und Pharmakologie hat einen entscheidenden Einfluss. Aus diesem Grund wird das gefrorene Elektron auch beim diesjährigen Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet.

Links: In den TEM-Bildern bei Raumtemperatur wurde Lithiumdendrit Luft ausgesetzt und korrodierte, der Elektronenstrahl schmolz auch an einer großen Anzahl von Löchern heraus; Rechts: Dann zeigt das EM-Bild unter Gefrierbedingungen seinen ursprünglichen Zustand und zeigt, dass die kristallinen Nanodrähte eine klare Grenzfläche haben.

Auch für Materialien wie Lithium kann das Projektionselektronenmikroskop nicht verwendet werden, um andere Ergebnisse des Dendritenatoms anzuzeigen. Ähnlich wie bei biologischen Materialien kräuselt sich bei Verwendung von TEM bei Raumtemperatur durch Elektronenstrahlkollision die Dendritenkante sogar beim Schmelzen. YanbinLi, Doktorand an der Stanford University, sagte: "Die Probenvorbereitung liegt in der Luft, aber die Lithiummetallkorrosion wird bald in der Luft liegen." Jedes Mal, wenn wir versuchen, Lithiumelektronenmikroskopie mit hoher Vergrößerung einzusetzen, werden die Elektronen 'Bohren Sie Löcher in den Dendriten, lassen Sie ihn sogar vollständig schmelzen. "

YanbinLi, Doktorand an der Stanford University, sagt: "Es ist wie in der Sonne mit einer Lupe entsprechend den Blättern. Wenn Sie jedoch die Blattkühlung einstellen können, ist dieses Problem gelöst: Sie setzen das Licht auf Blätter, Wärme geht auch verloren, die Blätter werden nicht beschädigt. Dies ist, was wir verwenden Elektronenmikroskop kann die Wirkung von gefroren erzielen, verwenden Bildgebung auf Batteriematerialien, Unterschied ist sehr offensichtlich. "

Das Gefrierelektronenmikroskop ermöglicht der Biochemie eine neue Ära, lässt aber auch Atomwissenschaftler zum ersten Mal nicht die vollständige Struktur von Lithiumdendrit erkennen. Die Forscher fanden auch heraus, dass in Carbonat Elektrolyt im Dendriten entlang einer bestimmten Richtung für das Einkristallwachstum von Nanodrähten. Einige von ihnen werden beim "Wachsen" des Knotens auftreten, aber ihre Kristallstruktur ist immer noch vollständig.

Eine andere Person, die an der Studie beteiligt war, sagte, dass der Doktor der Universität Stanford, Yuzhangli, auch die SEI-Membran (Solid Electroly Interface) sehen kann, zeigt aber auch die unterschiedlichen SEI, die in verschiedenen Elektrolyt-Nanostrukturen gebildet werden. Da beim Laden und Entladen der Batterie dieselbe Beschichtung auf der Metallelektrode gebildet wird, ist die Kontrolle ihrer Produktion und der Stabilität für den effizienten Einsatz der Batterie von entscheidender Bedeutung.

Mithilfe von EM konnten Wissenschaftler beobachten, wie Elektronen von den Atomen im Dendriten-Popup die Position einzelner Atome (links) demonstrieren. Wissenschaftler konnten sogar den Abstand zwischen den Atomen (YouShangTu) und den Atomabstand messen um zu zeigen, dass es sich um Lithiumatome handelt (oben).

Laut einer Pressemitteilung unter dem Mikroskop verwenden SLAC verschiedene Techniken, um zu beobachten, wie Elektronen aus den Atomen des Dendriten-Atoms auf eine Art und Weise auftauchen, wobei der Kristall und sein Film die Position einzelner Atome in der Festelektrolyt-Grenzfläche beschichten. Wenn sie Chemikalien hinzufügen, die häufig zur Verbesserung der Batterieleistung verwendet werden, wird die Filmbeschichtung der Atomstruktur der Festelektrolytgrenzfläche geordneter und es wird erklärt, warum Additive eine Rolle spielen können.

"Wir sind sehr aufgeregt, dies ist das erste Mal, dass wir so detaillierte Bilder des Dendriten erhalten, und es ist auch das erste Mal, dass wir die Membranschicht der Festelektrolytgrenzfläche mit Nanometerstruktur sehen." YanbinLi sagte: "Dieses Werkzeug kann uns dabei helfen Verstehen Sie, welche Elektrolyte jeweils welche Rolle spielen und warum bestimmte Elektrolyteffekte besser sind als die des anderen. "

Die beobachteten Daten aus diesen Experimenten können ein besseres Verständnis des Mechanismus für den Batterieausfall ermöglichen. Obwohl diese Arbeit als Beispiel Lithiummetall ist, um zu beweisen, dass EM praktisch ist, kann dieses Verfahren auch auf andere Studien ausgedehnt werden, um lichtempfindliche Materialien (wie Lithiumsilicium oder Schwefel) einzubeziehen. Das Team sagte auch, dass es sich darauf konzentrieren will, mehr über die chemischen Eigenschaften und die Struktur der Membranschicht der Festelektrolytgrenzfläche zu erfahren.

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