AZoM Zewen交谈,曾与教授合作Yi Cui图像锂电池的固体电解质界面。这部小说成像技术可以为下一代电池技术铺平道路。
请,你能介绍你自己,你的背景,你如何来参与这项研究?
我张Zewen,目前博士生在斯坦福大学材料科学与工程部门。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球我认为我的清华大学工程学士学位,中国。我一直致力于电池自从我大学二年级。在斯坦福大学,我在易崔教授的实验室和我的研究工作主要集中在开发方法来描述材料在电池在本国国家指导和接口的结构和化学设计和实现更好的电池。欧洲杯足球竞彩
为什么锂离子电池目前画这样一个重要的研究焦点?
发展清洁能源发电、输电、和分布技术进展一个可持续发展的未来是至关重要的。可充电电池,特别是锂电池,可能是最合适的技术来存储可再生能源和帮助脱碳网格。
什么是固体电解质界面、SEI在电池吗?
固体电解质界面,或者SEI,间期产生的电极上形成牺牲电解质组件的分解。具体地说,几乎所有的电解质在锂离子或锂金属电池热力学不稳定对负电极工作潜力。
这种固有的不稳定性会导致电解液溶剂的分解以及锂盐电解质。电极上的分解产物将形成一层;这一层类似于固体电解质的性质,因此被称为固体电解质界面(SEI)。
这一层如何妥协的锂离子电池的功能吗?
平心而论,SEI的形成并非完全对电池不好。如前所述,电解液不稳定对负电极电化学原理的工作潜力。SEI的存在实际上有助于使这个热力学不稳定的亚稳electrolyte-electrode接口,从而使电池的稳定循环。然而,这个SEI的增长将消费活跃锂(或容量),导致容量衰减。
一方面,SEI的不受控制的增长将继续活跃的消费能力。另一方面,SEI的累积将会增加细胞阻抗随时间变化和导致减少往返能源效率的电池。
为什么很难形象这一层之前?
2017年以前,SEI仍然难以捉摸电池社区的照片。首先,检波器只是几十纳米厚。只有很少的有限描述工具有如此高的空间分辨率。透射电子显微镜(TEM)可能是唯一可行的选择调查这些相间。
第二,这些电池材料和间期非常空气和moist欧洲杯足球竞彩ure-sensitive。甚至最小的接触会改变其化学,纳米结构,等等。然而,这些污染是不可避免的在常规透射电镜样品制备和转移过程。
第三,这些电池材料和间期很容易受到高能电子欧洲杯足球竞彩束的伤害。在TEM列,电子加速到300 keV能量。这种高能光束能轻易破坏样品。这可以变得更加有问题当我们进一步放大,因为梁强度会更高。
易崔教授的实验室第一次改编和发展低温电子显微镜(低温电子显微镜)电池材料,建立cryo-transfer过程帮助防止污染空气和水分,和低温成像条件大大提高电池材料梁宽容的敏感。欧洲杯足球竞彩我们得到了第一个原子分辨率的图像敏感的电池材料和间期。欧洲杯足球竞彩
HRTEM SEI的李金属枝晶陶瓷电解质和在干燥状态。厚度的不同在这两个州在SEI肿胀状态层在本国电解液环境中。
现在,我们进一步推动这一限制。在工作电池,电极材料在电解液环境中。欧洲杯足球竞彩在我们的第一代工作,样品制备的电解液被移除。现在,我们想保持电池的电解液环境材料一起调查本地电解液的界面环境。欧洲杯足球竞彩至少这里的挑战是双重的。
一方面,高分辨率透射电镜样品需要最多几百纳米厚;获得这样一个薄样品液体电解质和固体电极材料是具有挑战性的。欧洲杯足球竞彩另一方面,有机电解液更敏感比SEI电子束,因此成像协议应仔细调整。因此,它仍然困难。
如何是你能得到的高分辨率图像SEI吗?使用方法是什么?
样品制备部分,我们采用和开发了薄膜玻璃化方法来保护电解液环境,与金属锂枝晶中嵌入陶瓷电解质薄膜。在这里,玻璃化意味着像玻璃。特别在这里,我们冻结液态电解质如此之快,它不成形和维护大约本机液体环境局部结构。
成像的情况下,我们使用低剂量技术结合直接电子探测器最小化总电子我们用来形成高分辨率的图像。
在这一过程中为什么吸墨纸纸有必要吗?
吸水过程是至关重要的;它删除额外的液体在TEM网格,这样我们才能获得一个薄样品适合高分辨率透射电镜表征。
这些图片告诉我们关于SEI的肿胀吗?这与电池性能如何?
通过比较干和湿状态SEI的厚度,我们首先报道了肿胀的SEI在电解液环境状态。我们还发现,膨胀行为在不同电解液系统中几乎是通用的。通过定义一个溶胀比、湿和干燥状态SEI的厚度比,我们发现更高的SEI肿胀度往往表现出较差的电化学循环。
图片来源:微笑战斗/ Shutterstock.com
最终,形象这一层的能力为什么如此重要?这个通知如何试图控制其负面影响?
检波器往往被视为“最重要但至少理解组件”电池。电池的合理的设计接口需要一个原子水平的理解这些关键组件。与当地的知识在SEI化学和结构信息,我们可以为工程建立composition-structure-property关系原则。
多么重要你相信你的研究是提高电池充电率?
接口是决定电池性能的重要组件。SEI的详细基本理解将有助于促进合理的设计,而这也将是快速充电的情况下应用。
个人最令人兴奋的是什么方面的新的研究吗?
这项新研究的最令人兴奋的方面是我们可以利用跨学科研究的力量来产生新的知识。具体地说,我们现在能够探测这些难以进入的长度尺度的电化学系统,并提供新发现从根本上不同于之前所猜测。
这些否则无法访问这些关键组件的长度尺度理解导致很多有价值的见解,支持先前的假设或产生新的。
你以前说你希望能够生成SEI的3 d图像。你将如何开始这个方法?
我们正在这个激动人心的新方向利用断层扫描技术来解决自己的自然状态的间期和材料3 d。欧洲杯足球竞彩这也将是一个共同努力与斯坦福大学和线性。
从AZoM:石墨烯电池在电动汽车
读者在哪里可以找到更多的信息?
Yi Cui集团网站:
http://web.stanford.edu/group/cui_group/
本文链接:
https://www.欧洲杯线上买球science.org/doi/10.1126/science.abi8703: ~:文本
谷歌学术搜索链接:
易崔:https://scholar.google.com/citations?user=lNmR2vAAAAAJ&hl=en
Zewen张:https://scholar.google.com/citations?user=kVwAChsAAAAJ&hl=en
关于易崔教授和Zewen先生张
张Zewen先生目前是5th斯坦福大学博士生,处理易崔教授和教授赵哇。他收到了清华大学材料科学与工程专业本科毕业。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球他认出了几个荣誉和奖项,包括跨学科研究生奖学金,和苏珊朱民徐工程在斯坦福大学奖学金。
崔教授易研究能源研究所的主任,StorageX联合倡议,Fortinet创始人教授的工程材料科学与工程学系和光子科学在SLAC国家加速器实验室。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球他在1998年获得化学学士学位中国科技大学的,和他在2002年哈佛大学化学博士学位。欧洲杯线上买球崔米勒是一个加利福尼亚大学的博士后研究员,伯克利,之前从2002年到2005年,加入了斯坦福大学的教师。
作为一个杰出的纳米技术研究人员更好的电池和其他可持续技术,崔发表了超过500研究和科学家是世界上受到引用最多的文章。他是一位当选美国科学促进协会会员,材料研究社会,电化学学会和皇家化学学会的。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球他是一个执行纳米快报的编辑和电池500联合财团。
他已经成立了五家公司商业化技术从实验室:Amprius Inc ., 4 c空气Inc . EEnotech Inc . EnerVenue Inc,崔和LifeLabs设计有限公司的荣誉包括全球能源奖(2021)、美国能源部劳伦斯奖(2021),材料研究学会奖章(2020),和布拉瓦尼克国家奖得主(2017)。欧洲杯足球竞彩
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