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Mehrfachreaktorsystem für die Entwicklung von Kristallisationsverfahren und
Formulierungen
22.03.2023 - Science China Press


AUF DER SUCHE NACH DEM "HEILIGEN GRAL": FORSCHER BEOBACHTEN LITHIUM-IONEN IN
ECHTZEIT


VERFOLGUNG DER LITHIUMBILDUNG MIT HILFE DER TRANSMISSIONSELEKTRONENMIKROSKOPIE:
EIN ENTSCHEIDENDER SCHRITT IN DER ERFORSCHUNG VON BATTERIEMATERIALIEN

Computer-generated image

Symbolbild

Hineinzoomen

‹ ›

Die Darstellung von Li-Ionen mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)
ist der "heilige Gral" bei der Untersuchung von Materialien für
Li-Ionen-Batterien (LIB). Die Verfolgung des Lithiierungsprozesses im TEM könnte
ein tieferes Verständnis für den Mechanismus des Elektrodenabbaus während der
Batteriezyklen liefern, was die Modifizierung des Materials zur Verbesserung der
Leistung beschleunigt. Diese Studie wird von Prof. Dong Su (Institut für Physik,
Chinesische Akademie der Wissenschaften) geleitet.

Dank der jüngsten Fortschritte bei den analytischen TEM-Techniken, wie z. B. der
Annular Bright Field (ABF)-Methode, dem integrierten differentiellen
Phasenkontrast und der Ptychographie, ist es jetzt möglich, die Li-Ionenstellen
in einem Kristall zu identifizieren. Das Elektronen-Energieverlust-Spektrum kann
ebenfalls zum Nachweis von Li-Ionen verwendet werden, indem die
Energieverlustkante erkannt wird. Diese Methoden sind jedoch eine
Herausforderung für strahlungsempfindliche Proben wie die feste
Elektrolyt-Zwischenphase (SEI) und Lithium-Dendriten, die für die Langzeitzyklen
von LIBs unerlässlich sind. Mit Cryo-TEM kann die Probe auf die Temperatur von
flüssigem Stickstoff eingefroren werden, so dass die hochenergetischen
Elektronen die SEI nicht so leicht beschädigen. Durch die Kombination von
Kryo-TEM und Tomographie kann die dreidimensionale Morphologie von Li-Dendriten
rekonstruiert werden, was mehr strukturelle Informationen liefert, die in
zweidimensionalen Bildern verborgen sind.

"Aufgrund der komplexen Kinetik von Elektrodenmaterialien während der
Batteriezyklen ist es von großer Bedeutung, den Li-Ionendiffusionsprozess in
Echtzeit zu beobachten. In den letzten zehn Jahren wurden viele aufregende
Ergebnisse durch In-situ-TEM-Experimente erzielt, darunter Phasenübergänge,
Ionendiffusion, Defektentwicklung und Valenzänderungen. Während die
konventionelle Trockenzellenanordnung dazu dient, die Veränderung des
Elektrodenmaterials selbst zu untersuchen, können die Forscher nun die Reaktion
zwischen Elektrode und flüssigem Elektrolyten mit der Flüssigzellentechnik
untersuchen. In Kombination mit neuen Methoden können wir den Reaktionsprozess
tiefgreifend verstehen und den Mechanismus auf die Veränderung von
Elektrodenmaterialien übertragen". sagt Su.

Trotz hervorragender Ergebnisse behindern die neuen Methoden noch immer die
Untersuchung von LIB-Materialien. Zum Beispiel erfordert die Erklärung von ABF-
und Ptychographie-Bildern in der Regel eine komplexe theoretische Simulation.
Außerdem könnte die kontinuierliche Beobachtung von Elektrodenmaterialien die
Probe während des In-situ-Experiments beschädigen. Daher sollten mehr
Anstrengungen unternommen werden, um diese Methoden zu verbessern. Eine
Möglichkeit, die Schwierigkeiten zu überwinden, ist die Kombination von
Techniken. So könnte beispielsweise die Durchführung einer Niedrigdosis-Methode
während des In-situ-TEM den Strahleneffekt minimieren. Maschinelles Lernen ist
ebenfalls ein Weg, um die Datenanalyse zu vereinfachen und die verborgene
Korrelation zwischen Eigenschaft und Struktur zu entdecken.

Originalveröffentlichung
 * Lei, X., Zhao, J., Wang, J. et al. Tracking lithiation with transmission
   electron microscopy. Sci. China Chem. (2023)

Hinweis

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen
Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine
größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel
mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im
Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen
Artikel in Englisch finden Sie hier.




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