电子显微镜在电池研究中的作用

Shirley孟博士是加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院的教授和Zable捐资主席。她是加州大学圣地亚哥分校能源存储与转换实验室(LESC)的首席研究员，也是加州大学圣地亚哥分校可持续能源中心(SPEC)的创始主任，该中心主要研究能源捕获、转换和利用的材料和设备。欧洲杯足球竞彩孟博士是M&M 2020年的女性显微早餐(Women in Microscopy Breakfast)的特邀演讲者，在那里她谈到了自己的职业生涯和女性在科学领域的持续重要性。欧洲杯线上买球为了篇幅和清晰度，本文经过了编辑。

你是什么时候开始使用电子显微镜的?

我实际上是一名训练有素的显微镜专家。我的本科和研究生学位都是材料科学和工程，我从本科开始就操作电子显微镜和使用电子显微镜。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
我还记得第一次在探测器上看到原子的排列。这是一种难以形容的激动人心的感觉。它们不仅仅是教科书上的球的图画，我实际上在我面前的屏幕上看到了原子。你本质上是把不可见的东西变成可见的，没有其他的工具能让你做到这一点，只有顶级的显微镜能让你看到这样的原子柱。

告诉我们一些关于这个可持续电力和能源中心．

该中心由一组正在研究能够捕获和存储能量的材料和设备的一组教职员工，将其从一种形式转换为另一个形式，并利用它。欧洲杯足球竞彩广泛地，我们称之为该分布式能源生成和存储以及集成电源管理。

您的研究组具体呢？

我领导了能量存储和转换实验室(LESC)，在那里我们致力于诊断和表征用于能量存储的材料。欧洲杯足球竞彩

例如，我们看看最先进的锂离子电池，以便理解其电极材料降低以及在设备运行时如何捕获这种劣化的原因。欧洲杯足球竞彩我们称之为这个Overando表征。一旦我们弄清楚材料如何以及为何降低，我们可以制定工程策略来改善其性能 欧洲杯足球竞彩- 在这种情况下，使电池更安全，更强大，更持久。

我们使用x射线、中子和电子工具。对于x射线和中子基础的实验，我们与国家实验室合作以便使用他们的仪器，但我们有本地的电子基础的工具，比如电子显微镜和聚焦离子束仪器．这些是经常赛默飞世尔科技产品．

你提到了电池安全。那有什么担忧？

我们要清晰;目前，电池是一种非常安全的产品。足够安全，人们每天带着他们的手机，笔记本电脑等。

典型的事故率低于千万分之一;然而，我们现在有成千上万的电动汽车(使用锂离子电池)在世界各地销售。因为它们是汽车的一部分，所以电池的安全性现在非常重要;当发生交通事故时，我们不希望看到因为电池着火或爆炸而放大事故。这就是为什么目前的研究集中在固态电池上，即用固态电解质取代可燃液体电解质，使电池在不牺牲能量或动力的情况下更安全。

所以，这是电池研究的主要领域之一，我们很高兴能成为其中的一部分。同时，表征和诊断工具允许我们找出哪一种固态电解质是下一代电池的最佳选择。

为什么储能是如此重要的研究途径?

能源存储通常被认为是可再生能源转型的阿喀琉斯之踵，也是该领域研究的最大驱动力之一。当你生产风能和太阳能时，你必须有足够的能量储存能力，以便在可用的时候储存起来，然后在需要的时候使用。

在这方面，电化学装置，比如电池，是非常重要的。它们将电能转化为化学键能，然后在不燃烧的情况下将化学能转化为电能。所以，这是一个非常有效的过程。如果我们想要减少二氧化碳排放并实现可再生能源技术，这项技术将真正成为游戏规则的改变者。电动马达可以有无限的扭矩，因此，向电动汽车(EV)的过渡是由更好的技术和社会效益的组合驱动的——我们可以“绿色”，同时享受更好的汽车驾驶体验。

事实上，我认为与20年前相比，现在的不同之处在于，企业可以是绿色的，可以实现可持续发展，可以盈利。我相信很多行业领袖会介入并说，你知道，这是一个经济决策。我们不再这样做，因为有政府补贴，或者因为我们只是获得了社会回报。

如果公司能够通过环保和可持续发展获得更多利润，这将对解决气候变化问题大有裨益，真正减缓气候变化，让地球变得更宜居、更令人愉快。我想这就是我想要传达的信息;你现在可以持续发展，赚很多钱。

您谈到了行业合作对您的研究的重要性。为什么会这样呢?

我认为，我实验室里所有的研究人员、研究生和博士后的动力都是对一种材料的特性有一个基本的了解，但这种知识只有在我们找到最终用户，也就是那些将要在他们的产品中使用这些材料的公司时才会产生影响。欧洲杯足球竞彩我想知道我们如何能帮助他们做出更好的产品，对社会产生积极的影响。这就是为什么我非常有动力与行业合作伙伴进行强有力的合作。

例如，SPEC有一个项目，公司可以与我们合作，资助研究生奖学金。通过这种方式，他们可以获得所有产生的知识产权的第一手资料。与此同时，学生们对他们的研究有一个非常明确的使命，因为他们所做的显然与最终产品有关。

我们使用高端仪器，如透射电子显微镜(TEMs)和同步x射线源，来回答我们的工业伙伴不能回答的具体问题。我们可以解剖这些样本，到原子级，到纳米级，来找到真正的答案。缺陷在哪里?发生的问题在哪里?然后我们将这些知识反馈给我们的行业合作伙伴。

如果像电池故障这样的事情发生在纳米尺度上，在分子水平上，你需要先进的工具来真正挖掘故障开始的地方。你还需要解释实验结果的能力。这就是学术机构非常有用的地方;我们的技能是行业努力实现的目标的补充，这就是为什么我们的合作关系通常很好。

但你的工作也会得到更多传统的资助。

是的，我们的团队也得到了国家科学基金会、能源部和其他几个联邦机构的资助。欧洲杯线上买球我们的研究人员可以利用这些资源产生许多基本的理解和知识。

当然，在理想情况下，这项研究可以达到可以衡量一些实际影响的程度;我认为我们最具影响力的工作直接适用于我们的行业合作伙伴创造的产品。所以，实际上，这是学术界，工业界和联邦政府之间的合作;它们都是互补的。

显然，也有非常明确的界限。作为一个研究机构，我们不开发产品。我们的学生和博士后，人力资本，是我们将来为社会提供的——知识和人力资源。

您可以更多地讨论如何在您的研究中使用电子显微镜工具？

我们使用的常用工具是扫描电子显微镜（SEM）。但是，如果你拿电池，它非常笨重，有阴极，阳极，电解质和分离器的层。在这些层上，您需要分析数百万粒子。欧洲杯猜球平台为了详细诊断电池，我们需要一些工具来提取样品。为此，我们使用聚焦离子束（FIB）。在过去，这是一个镓离子束，但通过我们的合作热费希尔科学，我们现在有了等离子体FIB，我们可以切割更大的面积和更高的效率。

结合FIB和SEM，我们可以看到微米级的颗粒。欧洲杯猜球平台一旦我们处理完样本，我们就可以使用透射电子显微镜，在那里我们可以在纳米级甚至埃级观察样本，让我们看到原子和分子。我们这样做是因为，要真正正确地诊断电池材料，我们需要使用一套工具来访问多个尺度，让我们能够真正欧洲杯足球竞彩地探测材料并了解它们的属性。

为什么你认为持续改进电池材料和设备是如此重要?欧洲杯足球竞彩

所以，在我的世界里，我认为自己是电池的医生。当一个人生病时，医生需要正确的诊断，以提供正确的处方。为此，他们运行了许多不同的测试;他们吸血，他们采取X射线或MRI等。

同样，我们诊断和表征材料，以确保它们在最佳条件下运行。欧洲杯足球竞彩这一点至关重要，因为它们最终成为数十亿人每天携带的设备，无论在哪里，在汽车里，在飞机上，在任何地方。我们需要诊断哪里可能发生故障，哪里可能发生问题，使用最先进的工具，描述和可能的计算。这就是为什么我在做我正在做的事情，我很兴奋能分享这段经历。

我们现在拥有一个非常大的世界各地的电池研究人员，我希望更加明亮，辉煌的年轻科学家将来会加入这个领域。我们已经看到了年轻一代的研究人员介绍了更高的吞吐量表征和人工智能的事情，以获得数据解释。该字段非常令人兴奋，并且有很多东西可以通过高级特征工具启用。

在M＆M 2020显微镜的妇女​​早餐，你谈到了妇女在科学中的重要性;欧洲杯线上买球你能告诉我们更多吗？

多样性和包容性推动创新和创造力。我自己作为一名科学女性的旅程始于七岁时，当时我父亲给我讲了欧洲杯线上买球关于唯一两次获得诺贝尔奖的玛丽·居里博士的故事:“生活中没有什么可怕的东西，只有需要理解的东西。”从那时起，她的话就成了我的指导原则。在过去的一百年里，女性集体在STEM领域取得了很多进步，但为了实现真正的平等，我们的旅程将继续下去。如果我们所有人(男性和女性欧洲杯线上买球)都参与进来，科学领域将吸引更多的人才，成为女性启动和建立职业生涯的首选。我很荣幸能成为科学领域的女性之一，成为推动变革的力量的一员。欧洲杯线上买球我希望这些信息能清楚地传达给妇女显微早餐的与会者。

关于Y. Y. Shirley Meng博士

Y. Y. Shirley Meng博士收到了她的博士学位。在2005年新加坡 -欧洲杯足球竞彩 麻省理工学院（SMART）中心新加坡麻省理工学院联盟的微型和纳米系统的预先材料孟博士目前是加州大学圣地亚哥（UCSD）的Jacobs工程学院教授，​​在那里她拥有Zable赋予能源技术椅子的位置。

孟博士是能量存储和转换实验室他是UCSD可持续电力和能源中心(SPEC)的创始主任。2020年，她还被任命为材料发现与设计研究所(IMDD)的首任所长。欧洲杯足球竞彩

她是200多个同行评审期刊文章的作者和共同作者，两本书章节和四项发行专利，是材料研究会社会杂志的主编欧洲杯足球竞彩欧洲杯猜球平台能源与可持续发展夫人．