پرتره های واقع گرایانه از لایه های متلاطم که کلید عملکرد باتری است – ScienceDaily

[ad_1]

باتری‌های فلزی لیتیومی نسبت به باتری‌های لیتیوم یون امروزی می‌توانند شارژ بیشتری را در یک فضای معین ذخیره کنند، و رقابت برای توسعه آنها برای نسل بعدی خودروهای الکتریکی، الکترونیک و سایر مصارف در جریان است.

اما یکی از موانعی که در این راه وجود دارد، نبرد خاموش بین دو قطعه باتری است. مایع بین الکترودهای باتری که الکترولیت نامیده می شود، سطح آند فلزی لیتیوم را خورده و آن را در لایه نازکی از مخزن به نام فاز جامد-الکترولیت یا SEI می پوشاند.

اگرچه اعتقاد بر این است که تشکیل SEI اجتناب ناپذیر است، اما محققان امیدوارند رشد این لایه را به گونه ای تثبیت و کنترل کنند که عملکرد باتری را به حداکثر برساند. اما تا به حال آنها هرگز تصویر واضحی از این که SEI با الکترولیت اشباع شده است، نداشته اند، همانطور که در یک باتری در حال کار است.

اکنون، محققان آزمایشگاه ملی شتابدهنده SLAC وزارت انرژی و دانشگاه استنفورد اولین تصاویر با وضوح بالا از این لایه را در حالت چاق و خمیده طبیعی آن ساخته اند. این پیشرفت با میکروسکوپ الکترونی برودتی یا cryo-EM امکان پذیر شد، یک فناوری انقلابی که جزئیاتی به کوچکی اتم ها را آشکار می کند.

به گفته آنها، نتایج نشان می دهد که الکترولیت مناسب می تواند تورم را به حداقل برساند و عملکرد باتری را بهبود بخشد – به دانشمندان یک راه بالقوه جدید برای تغییر و بهبود طراحی باتری ارائه می دهد. آنها همچنین ابزار جدیدی را برای مطالعه باتری ها در محیط های کاری روزمره به محققان ارائه می دهند.

این تیم کار خود را در مقاله ای که در آن منتشر شده است، تشریح کرد علوم پایه امروز.

زئون ژانگ، دانشجوی دکترای استنفورد که این آزمایش‌ها را با یی کوی و واه چیو، استادان SLAC و استنفورد هدایت می‌کرد، می‌گوید: «هیچ فناوری دیگری وجود ندارد که بتواند به این رابط بین الکترود و الکترولیت با چنین وضوح بالایی نگاه کند. ما می‌خواستیم ثابت کنیم که می‌توانیم رابط را در این مقیاس‌هایی که قبلاً غیرقابل دسترس بود تصویر کنیم و وضعیت بکر و بومی این مواد را همانطور که در باتری‌ها هستند ببینیم.»

Cui افزود: “ما متوجه شدیم که این تورم تقریباً جهانی است. اثرات آن قبلاً توسط جامعه تحقیقاتی باتری به طور گسترده مورد توجه قرار نگرفته بود، اما متوجه شدیم که تأثیر قابل توجهی بر عملکرد باتری دارد.”

یک ابزار “هیجان انگیز” برای تحقیقات انرژی

این تیم در بررسی جداگانه‌ای از این زمینه نوشت: این آخرین مورد از یک سری نتایج پیشگامانه در پنج سال گذشته است که نشان می‌دهد cryo-EM، که به عنوان ابزاری برای زیست‌شناسی توسعه داده شده است، «فرصت‌های هیجان‌انگیز» را در تحقیقات انرژی باز می‌کند. در ماه جولای در حساب های تحقیقات شیمیایی.

Cryo-EM شکلی از میکروسکوپ الکترونی است که از الکترون ها به جای نور برای مشاهده دنیای بسیار کوچک استفاده می کند. دانشمندان با منجمد کردن نمونه‌هایشان به حالت شفاف و شیشه‌ای، می‌توانند به ماشین‌های سلولی که عملکردهای حیات را در حالت طبیعی و با وضوح اتمی انجام می‌دهند، نگاه کنند. پیشرفت‌های اخیر در Cryo-EM آن را به روشی بسیار مورد جستجو برای آشکار ساختن ساختار بیولوژیکی با جزئیات بی‌سابقه تبدیل کرده است و سه دانشمند جایزه نوبل شیمی 2017 را به دلیل کمک‌های پیشگامانه خود در توسعه آن دریافت کردند.

کوی با الهام از داستان های موفقیت بسیاری در کریو-EM بیولوژیکی، با چیو همکاری کرد تا بررسی کند که آیا کریو-EM می تواند به همان اندازه که برای مطالعه سیستم های زنده ابزاری مفید برای مطالعه مواد مرتبط با انرژی باشد، مفید باشد.

یکی از اولین چیزهایی که آنها به آن نگاه کردند یکی از آن لایه های مزاحم SEI روی الکترود باتری بود. آنها اولین تصاویر در مقیاس اتمی از این لایه را در سال 2017 به همراه تصاویری از رشد انگشت مانند سیم لیتیومی منتشر کردند که می تواند مانع بین دو نیمه باتری را سوراخ کرده و باعث اتصال کوتاه یا آتش سوزی شود.

اما برای ایجاد این تصاویر، آنها مجبور بودند قطعات باتری را از الکترولیت خارج کنند، به طوری که SEI به حالت منقبض شده خشک شود. آنچه در حالت مرطوب در داخل یک باتری در حال کار به نظر می رسید، حدس و گمان همه بود.

کاغذ بلاتر برای نجات

برای به تصویر کشیدن SEI در محیط نمناک بومی خود، محققان راهی برای ساختن و منجمد کردن لایه‌های بسیار نازک از مایع الکترولیت حاوی سیم‌های فلزی لیتیومی ریز، که سطحی برای خوردگی و تشکیل SEI ارائه می‌دهند، ابداع کردند.

ابتدا یک شبکه فلزی مورد استفاده برای نگهداری نمونه‌های cryo-EM را در یک باتری سکه‌ای قرار دادند. وقتی آنها آن را برداشتند، لایه‌های نازکی از الکترولیت به سوراخ‌های دایره‌ای ریز درون شبکه چسبیده بودند که با کشش سطحی به اندازه کافی برای انجام مراحل باقی مانده در جای خود نگه داشتند.

با این حال، آن لایه‌ها همچنان ضخیم‌تر از آن بودند که پرتو الکترونی بتواند به آن نفوذ کند و تصاویر واضحی تولید کند. بنابراین چیو یک راه حل پیشنهاد کرد: مایع اضافی را با کاغذ لکه بریزید. شبکه لکه دار بلافاصله در نیتروژن مایع فرو رفت تا فیلم های کوچک به حالت شیشه ای منجمد شوند که کاملاً SEI را حفظ کند. همه اینها در یک سیستم بسته که فیلم ها را از قرار گرفتن در معرض هوا محافظت می کرد انجام شد.

ژانگ گفت که نتایج چشمگیر بود. در این محیط های مرطوب، SEI ها الکترولیت را جذب کرده و تا حدود دو برابر ضخامت قبلی خود متورم می شوند.

وقتی تیم این فرآیند را با نیم دوجین الکترولیت دیگر با ترکیبات شیمیایی متفاوت تکرار کرد، متوجه شد که برخی از آنها لایه‌های SEI بسیار ضخیم‌تری نسبت به بقیه تولید می‌کنند – و لایه‌هایی که بیشتر متورم می‌شوند با بدترین عملکرد باتری مرتبط هستند.

Zhang گفت: “در حال حاضر ارتباط بین رفتار تورم SEI و عملکرد در مورد آندهای فلزی لیتیوم اعمال می شود، اما ما فکر می کنیم که باید به عنوان یک قانون کلی برای سایر آندهای فلزی نیز اعمال شود.”

این تیم همچنین از نوع بسیار ریز میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) برای کاوش سطوح لایه‌های SEI و تأیید اینکه در حالت مرطوب و متورم‌شان بیشتر از حالت خشک هستند، استفاده کردند.

در سال‌هایی که مقاله 2017 نشان داد کریو-EM می‌تواند برای مواد انرژی انجام دهد، از آن برای بزرگ‌نمایی بر روی مواد سلول‌های خورشیدی و مولکول‌های قفس مانند به نام چارچوب‌های فلزی-آلی استفاده شده است که می‌توانند در سلول‌های سوختی، کاتالیزور و گاز استفاده شوند. ذخیره سازی.

در مراحل بعدی، محققان می‌گویند که می‌خواهند راهی برای تصویربرداری سه بعدی از این مواد پیدا کنند – و از آنها در حالی که هنوز داخل باتری در حال کار هستند، تصویربرداری کنند تا واقعی‌ترین تصویر را داشته باشند.

یی کوی مدیر موسسه انرژی استنفورد Precourt و محقق موسسه علوم مواد و انرژی استنفورد (SIMES) در SLAC است. Wah Chiu یکی از مدیران تاسیسات استنفورد-SLAC Cryo-EM است، جایی که کار تصویربرداری cryo-EM برای این مطالعه انجام شد. بخشی از این کار در تأسیسات مشترک نانو نانو (SNSF) و تأسیسات نانوساخت استانفورد (SNF) انجام شد. این تحقیق توسط دفتر علوم DOE تأمین مالی شد.

[ad_2]

https://20khababr.ir
https://afkharebartar.ir
https://akhabarebartar.ir
https://andnews.ir
https://avatefepak.ir
https://baranmajale.ir
https://behtaringam.ir
https://daltek.ir
https://elmitarin.ir
https://fardayeashena.ir
https://forbos.ir
https://foxirani.ir
https://gisoon.ir
https://hodhodirani.ir
https://iranisard.ir
https://kahkashani.ir
https://lasttimes.ir
https://lilaki.ir
https://livejame.ir
https://magirani.ir
https://majaleiranian.ir
https://mervina.ir
https://mineralnews.ir
https://modirezard.ir
https://momon.ir
https://moniseh.ir
https://nationaliran.ir
https://netcrafti.ir
https://news-single.ir
https://newsexpress.ir
https://newslife.ir
https://newsspot.ir
https://newsteen.ir
https://nikmag.ir
https://officemag.ir
https://okaziyon.ir
https://one-news.ir
https://pandamag.ir
https://parsroids.ir
https://patris-fun.ir
https://senatornews.ir
https://seratmag.ir
https://sibala.ir
https://sohanian.ir
https://sosokan.ir
https://tazekhabari.ir
https://technoirani.ir
https://timesirani.ir
https://yamorani.ir
https://yandexkhabari.ir
https://abdoosnews.ir
https://zehnenoandinsh.ir
https://abestanews.ir
https://abtinnews.ir
https://akhbarebartaaar.ir
https://akhbaremaaaa.ir
https://akhbareshomaaa.ir
https://akhshijnews.ir
https://atrinnews.ir
https://atroticnews.ir
https://atshnews.ir
https://bashariatemrooz.ir
https://dastesalamatt.ir
https://dostemansalam.ir
https://elementorsite.ir
https://emrooztafahom.ir
https://ensanedirooooooz.ir
https://etelaresankhabar.ir
https://examplenews.ir
https://fardaalefba.ir
https://gisooyekhabar.ir
https://halohekayatha.ir
https://hashtadonoh.ir
https://hekayatfardayeemaaa.ir
https://honarmandkhabar.ir
https://istgaheshomareyek.ir
https://ketabkhoooon.ir
https://kimyagaaaar.ir
https://markazeakhbar.ir
https://masternewss.ir
https://mohamadrezasite.ir
https://morvarideasia.ir
https://mramins.ir
https://naserinews.ir
https://nasermr.ir
https://newsamins.ir
https://newsatropat.ir
https://newscenterals.ir
https://newsmineral.ir
https://newsouls.ir
https://newspishgamannn.ir
https://newssalam.ir
https://newsshans.ir
https://newsworlds.ir
https://parinews.ir
https://patris-music.ir
https://poshtibannews.ir
https://powernewss.ir
https://recordejadid.ir
https://salamnewws.ir
https://23ncfst.ir/
https://amiran-carpet.ir/
https://armanenergytec.ir/
https://blogenews.ir/
https://blogkhoon.ir/
https://bvfars.ir/
https://charsounews.ir/
https://chsnews.ir/
https://dezfil.ir/
https://dmwebmaster.ir/
https://dota2news.ir/
https://erfanhd.ir/
https://etminan110.ir/
https://faratarazkhabar.ir/
https://farsgardi20.ir/
https://footynews.ir/
https://goto98.ir/
https://ilyarkhabar.ir/
https://ir2khabar.ir/
https://iranalmanac.ir/
https://irandaryafest.ir/
https://khabarehaft.ir/
https://khabarontime.ir/
https://lolsms.ir/
https://maadgig.ir/
https://masoudtb.ir/
https://mp3news.ir/
https://music-ha.ir/
https://nakhlestankhabar.ir/
https://newcharge.ir/
https://news-links.ir/
https://news180.ir/
https://pimn.ir/
https://prmf.ir/
https://pvnews.ir/
https://rejawnews.ir/
https://sahab-co.ir/
https://samanbarg.ir/
https://semanews.ir/
https://shirinonews.ir/
https://soheilesonghor.ir/
https://tacity.ir/
https://taktanews.ir/
https://tarabaranmag.ir/
https://telegram-persian.ir/
https://tfcenter.ir/
https://trika.ir/
https://velninews.ir/
https://vidnaz.ir/
https://wajnews.ir/
https://your-news.ir/
https://zangannews.ir/
https://2016downloadnew.ir/
https://paxsolomusic.ir/
https://daryamedia.ir/
https://andikakhabar.ir/
https://seo-pbn.ir/
https://ghezelwich.ir
https://panaztebtabriz.ir
https://shayna-net.ir
https://kanooneslamshahr.ir
https://raynuts.ir
https://honare2.ir
https://itsama.ir
https://flingpet.ir
https://foreverpro.ir
https://fraeesi.ir
https://gkhabar.ir
https://18amlak.ir
https://pooyesh-khabar.ir
https://matsef.ir
https://photo-land.ir
https://tabarestan118.ir
https://disachain.ir
https://chikaapp.ir
https://mahestan18.ir
https://radyaabkala.ir
https://c-civil.ir
https://saeeed.ir
https://copytops.ir
https://modirsearch.ir
https://shz1music.ir
https://m-khosravi.ir
https://iranhayashi.ir
https://iranian-dress.ir
https://gigblog.ir
https://basitcg.ir
https://mashhadhekmat.ir
https://rahetamin.ir
https://radolyamani.ir
https://bnemati.ir
https://face-wood.ir
https://tourvare.ir
https://centertasisat.ir
https://bidarirafsanjan.ir
https://namahaa.ir
https://30pp.ir
https://script-tabadol-link.ir
https://simayesarbedar.ir
https://pakdashtiha.ir
https://rentacars.ir
https://2019movies.ir
https://ekar24.ir
https://saber-ramezani.ir
https://teb-saharsina.ir