Los científicos descubrieron que la causa de la batería de litio explota con frecuencia.

Con el rápido desarrollo de dispositivos electrónicos portátiles y vehículos eléctricos, además de la búsqueda de personas, la batería de litio La capacidad del más grande, carga y descarga más rápido, más preocupación es cómo proteger el litio La batería La seguridad de uso. Debido a que de vez en cuando eventos de piscinas de electricidad de litio como una explosión, MianBuDe pone nerviosa a la gente. Es la premisa de cómo resolver el problema de la seguridad de la batería de litio, los científicos tienen una comprensión profunda y completa de la batería de litio como la causa de la explosión. .

El nivel científico de la explicación es que la deposición de la superficie del electrodo de litio puede formar "dendríticas" (dendritas) y continuará creciendo, lo que resultará en un cortocircuito interno de la batería causado por una falla o puede causar un incendio. Pero cómo conocer y estudiar desde el nivel de la estructura atómica, y luego encontrar la solución al problema, la falta de medios técnicos efectivos en el pasado.

Este mes acaba de ganar el Premio Nobel de Química 2017 con tecnología de microscopio electrónico congelado (revista - EM), que brinda un poderoso soporte técnico. En la Universidad de Stanford, directamente bajo el laboratorio de aceleración nacional SLAC del departamento de energía (doe) del profesor yi cui, Steven chu, premio Nobel de física en 1997, como el equipo de personas, con solo congelar imágenes capturadas con microscopio electrónico (revista - EM) de la primera dendrita atómica de metal litio. Los resultados del estudio fueron publicados el 27 de octubre, hora local, en las revistas académicas internacionales de la revista Science.

Cada dendrita de litio es una tira larga y moldea cristales perfectos de seis lados. Previamente observado por la lente del microscopio electrónico es la forma irregular del cristal. Yi cui dijo, "los resultados del estudio son muy emocionantes, ¡así como la investigación relacionada abrió una nueva situación!"

El microscopio electrónico congelado, tal como su nombre lo indica, es la aplicación de la fijación congelada, utilizando microscopía electrónica de transmisión (TEM) a baja temperatura (Microscopio Electrónico de Transmisión, TEM) para observar la microestructura de la muestra. El microscopio electrónico congelado es un método importante de investigación en biología estructural y es un medio importante para obtener una estructura macromolecular biológica.

Debido a que la imagen es la clave para comprender el mecanismo, los avances científicos a menudo se basan en el uso a simple vista del objetivo para obtener con éxito su estructura visual. Durante mucho tiempo, la gente pensó que TEM no es adecuado para la observación de moléculas biológicas, porque un fuerte haz de electrones destruirá los materiales biológicos. Sin embargo, la producción de microscopía electrónica congelada (sem), permite a los investigadores que las moléculas biológicas estén "congeladas", un análisis del proceso de movimiento sin precedentes, la caracterización del desarrollo de la comprensión de la química y la farmacología tiene una influencia decisiva. Debido a esto, el electrón congelado también estará en el Premio Nobel de Química de este año.

Izquierda: en las imágenes TEM a temperatura ambiente, la dendrita de litio se expuso al aire y se corroyó, el haz de electrones también se derritió en una gran cantidad de agujeros; Derecha: luego la imagen EM, bajo ambiente de congelación, mantiene su estado original, muestra que los nano cables cristalinos con una interfaz clara.

Para materiales como el litio, tampoco se puede usar el microscopio electrónico de proyección para ver los otros resultados atómicos de la dendrita. Similar a los materiales biológicos, cuando se usa TEM a temperatura ambiente por colisión de haz de electrones, el borde de la dendrita se curvará incluso fundiéndose. Participó en el trabajo del doctorado de la Universidad de Stanford YanbinLi dice, "la preparación de la muestra está en el aire, pero la corrosión del metal de litio pronto estará en el aire", "cada vez que intentamos usar microscopía electrónica de litio con gran aumento, los electrones lo harán "Perforar agujeros en la dendrita, incluso ponerlo completamente derretido".

Involucrado en el estudio de doctorado de la Universidad de Stanford YanbinLi dice, "es como estar al sol con una lupa según las hojas. Pero, si puedes poner el enfriamiento de las hojas, este problema se resolverá: pones la luz enfocada en las hojas, También se pierde calor, las hojas no se dañarán. Esto es lo que usamos el microscopio electrónico puede lograr el efecto de congelado, usar imágenes en materiales de batería, la diferencia es muy evidente ".

Entonces, el microscopio electrónico congelado permite que la bioquímica entre en una nueva era, pero también hace que, por primera vez, los científicos atómicos no vean la estructura completa de la dendrita de litio. Los investigadores también encontraron que en el electrolito de carbonato en la dendrita a lo largo de una dirección específica para el crecimiento monocristalino de nanocables. Algunos de ellos aparecerán en el proceso de "crecimiento" del nudo, pero su estructura cristalina aún está completa.

Otra persona involucrada en el estudio, dijo que el doctorado de la Universidad de Stanford yuzhangli también puede ver la membrana de la interfaz de electrolitos sólidos (SEI), pero también revela los diferentes SEI formados en diferentes nanoestructuras de electrolitos. Porque al cargar y descargar la batería, se formará el mismo recubrimiento en el electrodo metálico, por lo que el control de su producción y la estabilidad es vital para el uso eficiente de la batería.

Usando luego EM, los científicos pudieron observar cómo los electrones de los átomos en la ventana emergente de dendrita, que demuestra la posición de los átomos individuales (izquierda) .Los científicos incluso pudieron medir la distancia entre los átomos (YouShangTu) y el espaciado atómico solo para mostrar que son átomos de litio (superior).

SLAC, según un comunicado de prensa bajo el microscopio, los investigadores utilizan diferentes técnicas para observar que los electrones de los átomos dendrita emergen de una manera, revelando el cristal y su película que recubre la posición de los átomos individuales en la interfaz del electrolito sólido. Cuando añaden productos químicos se utiliza a menudo para mejorar el rendimiento de la batería, la película que recubre la estructura atómica de la interfaz de electrolitos sólidos se vuelve más ordenada y ayudará a explicar por qué los aditivos pueden desempeñar un papel.

"Estamos muy emocionados, esta es la primera vez que podemos obtener imágenes tan detalladas de la dendrita, también es la primera vez que vemos la capa de membrana de interfaz de electrolito sólido de estructura nanométrica", dijo YanbinLi, "esta herramienta puede ayudarnos a comprender los diferentes electrolitos, respectivamente, tienen qué tipo de función y por qué cierto efecto de electrolito es mejor que el de otro ".

Los datos observados de estos experimentos pueden ayudar a comprender mejor el mecanismo de falla de la batería. Aunque este trabajo es de metal de litio como ejemplo para probar, entonces la EM es práctica, pero este método también puede extenderse para involucrar materiales sensibles a la luz (como litio, silicio o azufre) a otros estudios. El equipo también dijo que planean enfocarse en conocer más sobre las propiedades químicas y la estructura de la capa de membrana de interfaz de electrolito sólido.

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