À la recherche du "Saint-Graal" : des chercheurs observent les ions lithium en temps réel
Suivi de la lithiation par microscopie électronique à transmission : Une étape décisive dans la recherche sur les matériaux pour batteries
L'imagerie des ions Li par microscopie électronique à transmission (MET) est le "Saint-Graal" dans l'étude des matériaux des batteries à ions Li (LIB). Le suivi du processus de lithiation en MET pourrait permettre de mieux comprendre le mécanisme de dégradation de l'électrode pendant le cycle de la batterie, ce qui accélère la modification du matériau en vue d'une meilleure performance. Cette étude est dirigée par le professeur Dong Su (Institut de physique, Académie chinoise des sciences).
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Grâce aux progrès récents des techniques TEM analytiques, telles que la méthode du champ lumineux annulaire (ABF), le contraste de phase différentiel intégré et la ptychographie, il est désormais possible d'identifier les sites d'ions Li à l'intérieur d'un cristal. Le spectre de perte d'énergie des électrons pourrait également être utilisé pour détecter l'élément Li en reconnaissant son bord de perte d'énergie. Cependant, ces méthodes sont difficiles à utiliser pour les échantillons sensibles au faisceau comme l'interphase de l'électrolyte solide (SEI) et la dendrite de lithium, qui sont essentiels pour obtenir un cycle à long terme des piles à combustible. La cryo-TEM a la capacité de geler l'échantillon à la température de l'azote liquide, condition dans laquelle les électrons à haute énergie n'endommageront pas facilement l'interphase de l'électrolyte solide. De plus, en combinant la cryo-TEM et la méthode de tomographie, la morphologie tridimensionnelle de la dendrite de Li peut être reconstruite, ce qui permet d'obtenir davantage d'informations structurelles cachées par les images bidimensionnelles.
"En raison de la cinétique complexe des matériaux d'électrode pendant le cycle des batteries, il est très important d'observer le processus de diffusion des ions Li en temps réel. Ces dix dernières années, de nombreux résultats passionnants ont été obtenus grâce à des expériences TEM in situ, notamment en ce qui concerne la transition de phase, la diffusion des ions, l'évolution des défauts et le changement de valence. Alors que le montage conventionnel en cellule sèche est utilisé pour étudier la variation du matériau d'électrode lui-même, les chercheurs peuvent désormais étudier la réaction entre l'électrode et l'électrolyte liquide grâce à la technique de la cellule liquide. En combinant ces méthodes émergentes, nous pouvons comprendre en profondeur le processus de réaction et appliquer le mécanisme à la modification des matériaux d'électrodes". explique M. Su.
Malgré les excellents résultats obtenus, les limites de ces méthodes émergentes entravent encore l'étude des matériaux LIB. Par exemple, l'explication des images ABF et Ptychographie nécessite généralement une simulation théorique complexe. En outre, l'observation continue des matériaux d'électrode pourrait endommager l'échantillon pendant l'expérience in situ. Par conséquent, des efforts supplémentaires devraient être consacrés à l'amélioration de ces méthodes. La combinaison des techniques est un moyen de surmonter les difficultés. Par exemple, l'application d'une méthode à faible dose pendant l'expérience TEM in situ pourrait minimiser l'effet du faisceau. L'apprentissage automatique est également un moyen de simplifier la procédure d'analyse des données et de découvrir la corrélation cachée entre les propriétés et la structure.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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