Syantis yo te dekouvri kòz eksplozyon souvan nan pil ityòm-ion!

Avèk devlopman rapid nan aparèy elektwonik pòtab ak machin elektrik, moun yo pa sèlman pouswiv pi gwo kapasite ak pi vit chaje ak dechaje vitès nan pil ityòm, men tou, plis konsène sou fason asire sekirite nan itilizasyon batri ityòm. Akòz ensidan okazyonèl tankou eksplozyon batri ityòm, nè yo inevitableman tansyon. Avantou pou rezoud pwoblèm sekirite pil ityòm se pou syantis yo gen yon konpreyansyon konplè ak konplè sou kòz eksplozyon batri ityòm yo.

Eksplikasyon syantifik aktyèl la se ke depo ityòm sou sifas elektwòd la pral fòme dendrite, ki pral kontinye grandi, sa ki lakòz sikui kout entèn nan batri a, ki mennen nan echèk batri oswa potansyèl danje dife. Men, nan tan lontan an, te gen yon mank de mwayen efikas teknik yo konprann ak etidye nan pèspektiv nan estrikti atomik, ak Lè sa a, jwenn solisyon a pwoblèm.
Teknoloji cryo EM a, ki te genyen Pri Nobèl 2017 nan Chimi mwa sa a, bay gwo sipò teknik pou sa. Ekip rechèch ki te dirije pa Pwofesè Cui Yi nan Inivèsite Stanford ak laboratwa SLAC Nasyonal Akseleratè dirèkteman anba Depatman Enèji Ameriken an, ansanm ak loreya Nobèl Steven Chu an 1997, te kaptire premye imaj la nan nivo atomik dendrit metal ityòm lè l sèvi avèk mikwoskopi kriyo elèktron. kriyo EM). Rezilta rechèch yo te pibliye nan jounal akademik entènasyonal Science nan Oktòb 27th lè lokal.
Chak dendrite metal ityòm se yon kristal egzagonal long, ki parfe fòme. Précédemment, sèlman kristal ki gen fòm iregilye yo te obsève atravè mikwoskopi elektwonik. Cui Yi te di, "Rezilta rechèch yo trè enteresan epi yo louvri yon nouvo epòk pou rechèch ki gen rapò!"

Mikwoskòp Cryoelectron, jan non an sijere, se yon teknik mikwoskopik ki itilize kriyofiksasyon pou obsève echantiyon nan tanperati ki ba lè l sèvi avèk yon mikwoskòp Transmisyon Elektwon (TEM). Mikwoskopi kriyoelektron se yon metòd rechèch enpòtan byoloji estriktirèl ak yon mwayen enpòtan pou jwenn estrikti biomolekil.

Paske imaj yo se kle nan konpreyansyon mekanism, zouti syantifik souvan konte sou sèvi ak je a toutouni pou jwenn avèk siksè imaj la vizyèl nan sib la. Pou yon tan long, yo te kwè ke TEM pa apwopriye pou obsève byomolekil paske reyon elèktron pwisan ka domaje materyèl byolojik. Sepandan, aparisyon mikwoskopi kriyo elèktron pèmèt chèchè yo "friz" biomolekil epi obsève ak analize pwosesis mouvman yo san parèy. Karakterizasyon sa yo gen yon enpak desizif sou konpreyansyon yo genyen sou byochimik ak devlopman nan famasi. Se poutèt sa, mikwoskopi kriyo elèktron yo pral enkli tou nan Pri Nobèl nan Chimi ane sa a.
Pou materyèl tankou ityòm, li pa posib tou pou itilize yon mikwoskòp elèktron pwojeksyon pou wè rezilta nan nivo atomik dendrite. Menm jan ak biomateryèl, lè w ap itilize TEM nan tanperati chanm, bor dendrite yo ap pli oswa menm fonn akòz enpak gwo bout bwa elèktron. Yanbin Li, yon etidyan doktora nan Inivèsite Stanford ki te patisipe nan travay sa a, te di, "Preparasyon echantiyon mikwoskòp elèktron transmisyon yo fè nan lè, men metal ityòm pral byen vit korode nan lè a." "Chak fwa nou eseye obsève metal ityòm anba yon mikwoskòp elèktron gwo pouvwa, elektwon yo pral 'fè twou' nan dendrite yo e menm konplètman fonn li."
Yanbin Li, yon etidyan PhD nan Inivèsite Stanford ki te patisipe nan etid sa a, te di, "Se tankou klere yon loup sou yon fèy nan limyè solèy la. Sepandan, si ou ka refwadi fèy la, pwoblèm sa a pral rezoud fasil: si ou konsantre limyè. sou fèy la, chalè a pral pèdi tou, epi fèy la pa pral domaje. evidan."

Se konsa, mikwoskopi kriyo elèktron pa sèlman inogire nan yon nouvo epòk nan byochimik, men tou, pèmèt syantis yo wè estrikti konplè nan dendrit ityòm nan nivo atomik la pou premye fwa. Chèchè yo te jwenn tou ke dendrite nan elektwolit ki baze sou kabonat grandi nan yon direksyon espesifik nan nanofil kristal sèl. Kèk nan yo ka fè eksperyans ne pandan pwosesis kwasans lan, men estrikti kristal yo rete entak.

Yuzhangli, yon lòt etidyan doktora Inivèsite Stanford ki te patisipe nan rechèch sa a, te di ke on jan lektwolit koòdone fasyal mas (SEI) te kapab tou wè, epi tou devwale diferan SEI nanostructures te fòme nan diferan lektwolit. Paske menm kouch la tou fòme sou elektwòd metal la lè batri a chaje ak egzeyate, kontwole jenerasyon li yo ak estabilite enpòtan anpil pou itilizasyon efikas batri a.
Lè l sèvi avèk cryo EM, syantis yo ka obsève ki jan elektwon yo soti nan atòm nan dendrit, kidonk revele pozisyon atòm endividyèl yo. Syantis yo ka menm mezire distans ki genyen ant atòm, ak espas atomik la jisteman endike ke yo se atòm ityòm.
Kominikasyon pou laprès ki pibliye pa SLAC montre ke anba mikwoskòp la, chèchè yo itilize diferan teknik pou obsève fason elektwon yo ekspilse nan atòm dendrit la, revele pozisyon yon sèl atòm nan kouch mask fasyal kristal la ak koòdone solid elektwolit li yo. . Lè yo ajoute pwodui chimik ki souvan itilize pou amelyore pèfòmans batri a, estrikti atomik nan kouch mask fasyal koòdone elektwolit solid la vin pi òdone, ki pral ede eksplike poukisa aditif jwe yon wòl.
"Nou trè eksite. Sa a se premye fwa ke nou ka jwenn tankou yon imaj detaye nan dendrites, epi li se tou premye fwa ke nou ka wè nanostruktur la nan kouch nan mask mask fasyal koòdone solid elektwolit." YanbinLi te di, "Zouti sa a ka ede nou konprann wòl elektwolit diferan, e poukisa kèk elektwolit gen pi bon efè pase lòt."
Done enpòtan yo obsève nan eksperyans sa yo ka bay yon konpreyansyon plis sou mekanis echèk batri yo. Malgre ke travay sa a ap itilize metal ityòm kòm yon egzanp pou demontre pratik nan cryo EM, metòd sa a ka pwolonje tou nan lòt etid ki enplike materyèl gwo bout bwa sansib tankou Silisyòm ityòm oswa souf. Ekip rechèch la te di tou ke yo te planifye yo konsantre sou plis konpreyansyon sou pwopriyete chimik yo ak estrikti nan kouch mask la fasyal elektwolit solid.