#дайджест #статья

Уже скоро в нашем ЦЗМ AFM Centre будет новая лекция! А чтобы вы не скучали в её ожидании, мы подготовили для вас обзор статьи нашего будущего спикера — Лучкина С.Ю. 🔥

📌 Источник: Luchkin S. Y. et al. Solid-electrolyte interphase nucleation and growth on carbonaceous negative electrodes for Li-ion batteries visualized with in situ atomic force microscopy //Scientific reports. – 2020. – Т. 10. – №. 1. – С. 8550.
(Межфазное зарождение и рост твердого электролита на углеродистых отрицательных электродах литий-ионных батарей, визуализированные с помощью атомно-силовой микроскопии in situ)

⏳ Производительность и срок службы литий-ионного аккумулятора сильно зависят от пассивирующего слоя, называемого межфазным твердым электролитом (solid-electrolyte Interphase – SEI). Структура и состав таких электролитов достаточно хорошо изучены, а вот процесс их образования на электродах аккумуляторов остается неясным из-за сложности измерений в ходе работы таких устройств.

👩‍💻 Решение этой проблемы обсуждается в статье Лучкина С.Ю. Авторы предложили простую методологию для измерения SEI на композитных аккумуляторных электродах с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ). Их методика позволяет напрямую наблюдать образование SEI на различных типах углеродсодержащих отрицательных электродных материалов для литий-ионных батарей. Использование подхода позволило наблюдать зарождение и рост SEI на высокоориентированном пиролитическом графите (HOPG), графите MesoCarbon MicroBeads (MCMB) и неграфитизуемом аморфном углероде (твердом углероде).

➖➖➖➖➖➖➖➖➖➖
Сущность предложенного Лучкиным С.Ю. и соавторами метода заключается в использовании новой электрохимической ячейки, разработанной на основе жидкостной перфузионной ячейки.
➖➖➖➖➖➖➖➖➖➖

➡️ В стандартной ячейке плоский образец закреплен в нижней части её корпуса, уплотнен специальным кольцом и подключен в качестве рабочего электрода (РЭ) к внешнему потенциостату/галаваностату.
*⃣ Корпус ячейки с противоэлектродом (CE) и электродом сравнения (RE) заполнен электролитом, а кантилевер погружен в ванну с электролитом для сканирования.
*⃣ Корпус ячейки обычно состоит из полиэфирэфиркетона (PEEK) и политетрафторэтилена (PTFE), обладающие высокой химической стойкостью к широкому спектру химических соединений.
Такая конфигурация ячейки позволяет проводить измерения только на плоских образцах, таких как HOPG.

➡️ В новой ячейке измерения проводятся в мениске электролита, образовавшемся между образцом и держателем кантилевера. При этом образец может быть объемным и не требует герметизации уплотнительным кольцом, что позволяет использовать сечения композитных аккумуляторных электродов, залитых эпоксидной смолой.
*⃣ Эпоксидная смола фиксирует образец композитного электрода, а его полированная поверхность дополнительно служит опорой для мениска электролита, электродов сравнения и противоэлектрода. Мениск формируется путем введения электролита через трубку, закрепленную сверху в окне кантилевера.

📑 Помимо деталей механизма формирования, авторами были оценены электрические и механические свойства слоев SEI. Сравнительные наблюдения показали, что электродные потенциалы образования SEI различаются в зависимости от природы материала электрода, тогда как адгезия SEI к поверхности электрода четко коррелирует с шероховатостью поверхности электрода.

Например, SEI на краевой плоскости богат продуктами восстановления неорганических солей, тогда как SEI на базальной плоскости — полимерными продуктами. Более того, было обнаружено, что гладкая граница раздела SEI/HOPG и SEI/HC склонна к расслоению, тогда как шероховатая граница раздела SEI/SG менее подвержена этому из-за проникновения SEI в поверхностную пористость.

🔗 Тот же подход, примененный к положительному электроду LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2, не выявил никаких признаков катодного SEI, что демонстрирует фундаментальные различия в механизмах стабилизации отрицательных и положительных электродов в литиевых батареях.

Если у вас остались вопросы, мы с радостью ответим на них в комментариях! ❤️❤️

#дайджест #лекции


❄️ Новая лекция близко!
На улице похолодало, так что завариваем себе горячий чай, заворачиваемся в теплый плед и отмечаем в календаре дату предстоящей лекции!

🤔 Кто же выступит в нашем ЦЗМ AFM Centre на следующей неделе?
PhD in Materials Science & Engineering, старший научный сотрудник Центра энергетических наук и технологий — Лучкин Сергей Юрьевич.

📌 Тема лекции: АСМ для исследования материалов литий-ионных аккумуляторов.

😬 На лекции будут рассмотрены in-situ измерения в жидком электролите и корреляционная микроскопия на сечениях электродов. Также поговорим о требованиях к методикам измерений материалов, чувствительных к влажной атмосфере, и методах пробоподготовки. Особое внимание будет уделено выбору зондов для экспериментов in-situ в жидком электролите, а также оптимизации параметров измерений при значительном изменении шероховатости поверхности в процессе.

☄️ С нетерпением ждём встречи в нашем ЦЗМ AFM Centre, а для онлайн-участников, как всегда, пришлём ссылку для подключения

🎞 Ссылка на онлайн-трансляцию будет доступна в за десять минут до начала лекции на нашем канале

🗓 26 октября 17:00
📍 Университет ИТМО, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова 9, аудитория 2222, ЦЗМ AFM Centre

#статья


⛅️ ДОБРОЕ УТРО, ДРУЗЬЯ!⛅️

Наступила новая рабочая неделя, а у нас готов новый обзор на статью Лучкина Сергея Юрьевича! И поговорим мы сегодня о переходном компоненте твердого межфазного электролита в литий-ионном аккумуляторе

❕ Натуральный или синтетический графит используется практически во всех литий-ионных батареях (LIB) в качестве активного анодного материала. Из-за его низкой цены, высокой доступности, технологичности, низкой токсичности и хорошей цикличности альтернативу ему подобрать сложно. Для стабильной работы графитового анода в LIB необходимо создание на его поверхности пассивирующего слоя — промежуточной фазы твердого электролита (SEI).

SEI защищает электролит от непрерывного восстановления на поверхности графита, а графит — от непрерывной интеркаляции сольватированных ионов Li+ (Li(solv)) и последующего отслаивания графитовых слоев. SEI состоит из продуктов восстановления электролита, образующихся на поверхности графита во время начальных циклов зарядки-разрядки.

📎 SEI является одним из важнейших компонентов литий-ионного аккумулятора и во многом определяет его работоспособность и безопасность. Несмотря на то, что его активно исследуют уже почти три десятилетия, он всё ещё остается одним из наименее изученных компонентов аккумуляторов, особенно на ранней стадии его формирования. Процессу образования SEI сопутствует интерколяция различных соединений электролита в графит. Она приводит к его отслаиванию и предполагает несколько возможных механизмов, ни один из которых полностью не подтверждён.

📜 В рассматриваемой статье Лучкин С.Ю. с соавторами предоставили микроскопические доказательства образования переходного слоя внутри графита, вызванного соинтеркаляцией и восстановлением сольватированного Li. Тем самым подтверждается предложенный Безенхардом и его коллегами механизм, который предполагает также интерколяцию молекул растворителя электролита в графит с последующим восстановлением компонентов электролита и образованием защитного слоя SEI.

➡️ Для достижения результатов авторы статьи провели серию экспериментов по циклированию высокоориентированного пиролитического графита (ВОПГ) в двух электролитах: пропиленкарбонате (ПК) и этиленкарбонате (ЭК) (в смеси с диметилкарбонатом — ДМК). После чего был проведён анализ его поверхности и приповерхностных слоев методами оптической, атомно-силовой микроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Доступ к интеркалированным частицам осуществлялся отслоением верхних слоев ВОПГ скотчем.

➡️На рисунке 1 представлены данные исследования подповерхностных слоев методом атомно-силовой микроскопии (а именно методом зонда Кельвина, который мы рассматривали в одном из разборов методик). ПОЛУЧЕННЫЕ ДАННЫЕ ПОКАЗЫВАЮТ, что при достижении 1 В по сравнению с Li+/Li происходит формирование слоя толщиной 0,3 нм, что также отражается на пространственной неоднородности работы выхода. Уменьшение напряжения до 0,5 В по сравнению с Li+/Li приводит к уменьшению работы выхода и образование четких областей. Интеркаляция ионнов Li+ начинается при потенциале <0,3 В. Это означает, что гостевые островки, вероятно, являются промежуточными или конечными продуктами восстановленного интеркалированного сольватированного Li. При 0,01 В по сравнению с Li+/Li работа выхода падает ниже 3,0 эВ, и поверхность становится гофрированной на наноуровне. Области с более высокой работой выхода соответствуют топографии с рябью на поверхности. На этом этапе ожидается интеркаляция чистого Li+.

Представленные данные микроскопии однозначно доказывают соинтеркаляцию сольватированного Li внутри графита до образования SEI. Компоненты электролита интеркалируют внутри графита вблизи его поверхности при потенциале чуть выше 1 В относительно Li+/Li и задолго до образования SEI. Восстановление интеркалированных компонентов начинается при 0,75 В по сравнению с Li+/Li и приводит к отслаиванию и вздутию графита из-за газовыделения и повышения внутреннего давления.

📄 Восстановленные интеркалированные продукты состоят в основном из неорганических или сильно восстановленных органических частиц из-за более легкого переноса электронов от графита к интеркалированным частицам в приповерхностной области. Процесс интеркаляции сольватированного Li завершается образованием верхнего SEI, который уплотняет призматическую поверхность графита. Продукты внутреннего восстановления в основном неорганические, и они, предположительно, исчезают после окисления, что и говорит о его преходящем характере.

Полный текст статьи 🔼

#дайджест #лекции


Напоминаем, что мы ждём вас сегодня на лекции в нашем ЦЗМ AFM Centre 🥰

📌 Тема лекции: АСМ для исследования материалов литий-ионных аккумуляторов
🗣Спикер: Лучкин Сергей Юрьевич — PhD in Materials Science & Engineering, старший научный сотрудник Центра энергетических наук и технологий

⚙️ Поговорим про in-situ измерения и требования к ним, оптимальный выбор зондов и оптимизацию параметров работы

Приходите к нам в Центр или подключайтесь онлайн, ссылку пришлём сегодня в 16:50

🗓 26 октября 17:00
📍 Университет ИТМО, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова 9, аудитория 2222, ЦЗМ AFM Centre

🔥До встречи на лекции🔥

#дайджест #лекции


📌 Тема лекции: АСМ для исследования материалов литий-ионных аккумуляторов
💬 Наш лектор: Лучкин Сергей Юрьевич


Ссылка на онлайн-трансляцию:
https://youtube.com/live/nXLfzO4bvcY

❤️ Подключайтесь скорее!