ली-आयन बैटरियों के अनुसंधान में परमाणु बल माइक्रोस्कोपी का अनुप्रयोग
लिथियम-आयन बैटरियां (एलआईबी) अपनी उच्च विशिष्ट ऊर्जा, लंबे चक्र जीवन, उच्च सुरक्षा प्रदर्शन और पर्यावरण संरक्षण के कारण वर्तमान में सबसे आशाजनक उच्च दक्षता वाले रासायनिक ऊर्जा भंडारण शक्ति स्रोत हैं। हाल के वर्षों में, एलआईबी की अनुसंधान दिशा ने मुख्य रूप से नई उच्च दक्षता वाले सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्रियों के अनुसंधान और विकास पर ध्यान केंद्रित किया है, इलेक्ट्रोलाइट को बदलकर बैटरी सुरक्षा प्रदर्शन में सुधार किया है, और ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस फिल्म (ठोस इलेक्ट्रोलाइट) की स्थिरता में सुधार किया है। इंटरफ़ेस, एसईआई) नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री पर। एसईआई फिल्म एलआईबी की पहली चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान ठोस-तरल चरण इंटरफ़ेस पर इलेक्ट्रोलाइट और इलेक्ट्रोड सामग्री की प्रतिक्रिया से गठित इलेक्ट्रोड सामग्री की सतह को कवर करने वाली एक निष्क्रियता परत को संदर्भित करती है। एसईआई फिल्म एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट की विशेषताओं के साथ एक इलेक्ट्रॉनिक इन्सुलेटर है, लेकिन यह लिथियम आयनों का एक उत्कृष्ट कंडक्टर भी है, जिससे लिथियम आयनों को इस परत में स्वतंत्र रूप से अंतःस्थापित और निकाला जा सकता है, और इसकी स्थिरता चक्र प्रदर्शन पर बहुत प्रभाव डालती है और लिथियम-आयन बैटरी एलआईबी की सुरक्षा। बड़ा प्रभाव। आमतौर पर, एसईआई फिल्मों के गठन, परिवर्तन और कार्य का अध्ययन करने के लिए इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिबाधा स्पेक्ट्रोस्कोपी, रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी, एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी, एएफएम इत्यादि का उपयोग किया जाता है, जिनमें से एएफएम गठन, विरूपण और टूटने का अध्ययन करने में बेहद महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। एसईआई फिल्में. महत्वपूर्ण भूमिका।
1982 में, स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप (एसटीएम) के आगमन ने पहली बार किसी पदार्थ की सतह पर व्यक्तिगत परमाणुओं की व्यवस्था और सतह इलेक्ट्रॉन घनत्व फ़ंक्शन से संबंधित भौतिक और रासायनिक गुणों का वास्तविक समय में निरीक्षण करना संभव बना दिया। हालाँकि, एसटीएम का कार्य सिद्धांत टनलिंग करंट का उपयोग करना है जो इमेजिंग के लिए जांच और प्रवाहकीय सतह के बीच की दूरी के साथ तेजी से बदलता है। इसलिए, एसटीएम जिन सामग्रियों का पता लगा सकता है, वे प्रवाहकीय होनी चाहिए, जो इसके अनुप्रयोग को सीमित करती है। इस कमी को पूरा करने के लिए, 1986 में, BINNIG और अन्य ने STM के जांच सिद्धांत का उपयोग करके परमाणु बल माइक्रोस्कोप (AFM) का आविष्कार किया। एएफएम न केवल कंडक्टर, अर्धचालक सामग्री, बल्कि इन्सुलेटर सामग्री का भी पता लगा सकता है, और वायुमंडल, वैक्यूम, तरल और अन्य वातावरण में विभिन्न भौतिक गुणों का विश्लेषण कर सकता है। अत: सतह विज्ञान, पदार्थ विज्ञान, जीवन विज्ञान तथा अन्य क्षेत्रों के अनुसंधान में इसका बहुत महत्व है। महान महत्व और व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं।
नवप्रवर्तन बिंदु और समस्याएँ हल
अपने उच्च ऊर्जा घनत्व, उच्च चक्र जीवन, सुरक्षा और कई अन्य फायदों के कारण, लिथियम-आयन बैटरी आधुनिक जीवन में सबसे लोकप्रिय पोर्टेबल बिजली स्रोत हैं और इसमें व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं हैं। लिथियम-आयन बैटरियों की क्षमता को पूरा उपयोग देने और उनके व्यावहारिक अनुप्रयोग को बढ़ावा देने के लिए, इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया प्रक्रिया का गहराई से अध्ययन करना आवश्यक है। लिथियम-आयन बैटरियों के अनुसंधान में एक शक्तिशाली सहायक के रूप में, परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (एएफएम) इलेक्ट्रोड की नोक पर परमाणुओं और इलेक्ट्रोड सतह पर परमाणुओं के बीच बातचीत के माध्यम से वास्तविक समय में इलेक्ट्रोड सतह की सूक्ष्म आकृति विज्ञान का पता लगा सकता है। , और नैनोमीटर पैमाने पर इलेक्ट्रोड सतह पर भौतिक और रासायनिक जानकारी प्रदान करता है। यह इलेक्ट्रोड सामग्री और इलेक्ट्रोलाइट्स के अनुकूलन और संशोधन के लिए एक प्रयोगात्मक आधार प्रदान करता है। यह पेपर लिथियम-आयन बैटरियों के अनुसंधान में एएफएम की नवीनतम अनुप्रयोग प्रगति की समीक्षा करता है, जिसमें इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया स्थितियों के तहत इलेक्ट्रोड सामग्री के आकारिकी परिवर्तन, नैनोमैकेनिकल गुण और विद्युत गुण शामिल हैं, यह दर्शाता है कि एएफएम लिथियम-आयन बैटरियों की अनुसंधान प्रगति को और बढ़ावा देगा। .
एएफएम प्रौद्योगिकी के उद्भव के बाद से, ली-आयन बैटरी एलआईबी के विश्लेषण में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। नैनोमीटर पैमाने पर आकृति विज्ञान और गुणों के विकास का पता लगाने की इसकी कम-विनाशकारी क्षमता ली-आयन बैटरी एलआईबी की गहरी समझ के लिए सहायक है। एनोड सामग्री और एसईआई फिल्म की संरचना और संबंधित गुणों ने लिथियम-आयन बैटरी के लिए एलआईबी के विकास और अनुसंधान के लिए एक ठोस नींव रखी है, और लिथियम-आयन बैटरी के विकास को और बढ़ावा दिया है। इस पेपर में, आकृति विज्ञान, यांत्रिक गुणों और इलेक्ट्रोकेमिकल गुणों के पहलुओं से सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री और एसईआई फिल्मों के अनुसंधान में एएफएम के अनुप्रयोग और अनुसंधान प्रगति की समीक्षा की गई है। इन अध्ययनों से संकेत मिलता है कि एएफएम के पास अभी भी ली-आयन बैटरियों के अनुसंधान और अनुप्रयोग में विकास की बहुत गुंजाइश है। इसके अलावा, बड़ी संख्या में अध्ययनों से पता चला है कि एएफएम के यांत्रिक माप में अन्य सीटू लक्षण वर्णन तकनीकों की तुलना में काफी फायदे हैं, और इस विधि में विभिन्न बैटरी परिचालन स्थितियों के तहत इंटरफेज़ और इलेक्ट्रोड के यांत्रिक और संरचनात्मक विकास को देखने की काफी संभावनाएं हैं। अंत में, अन्य पहचान तकनीकों के संयोजन में अतिरिक्त स्कैनिंग मोड का विकास एएफएम के अनुप्रयोग के लिए नए परिदृश्य खोलता है।
