芝加哥伊利诺伊大学的研究人员,在美国劳伦斯伯克利国家实验室已经开发出一种新技术,让他们找到化学反应发生的位置在三维空间内锂离子电池纳米级别。他们的研究结果发表在自然通讯。
“知道化学反应在单个纳米粒子的精确位置,参与这些反应可以帮助我们识别一个电池如何运作和发现如何优化电池使它更好的工作”,乔迪说卡巴纳,化学副教授UIC和共同通讯作者在纸上。
充电和放电,其电极氧化又降低。这些反应发生的化学途径帮助确定电池很快就会耗尽的情况。工具来研究这些反应只能提供信息的平均组成电极在任何给定的时间点上。例如,他们可以让研究人员知道比例的电极已成为永久的氧化。但是这些工具不能提供信息在电极氧化部分的位置。因为这些限制,这是不可能告诉如果电极的反应是局限于某一区域,如材料的表面,或者整个电极反应发生均匀。
“能够告诉如果有一种倾向反应发生在一个特定的电极的一部分,而更好的是,反应在电极中单个纳米粒子的位置,将会非常有用,因为你可以了解这些局部的反应与电池的行为,比如它的充电时间和充电周期的数量进行有效”,卡巴纳说。
新技术、x射线ptychographic断层扫描是通过化学家在UIC和科学家之间的合作在先进的光源,在加州的劳伦斯伯克利国家实验室。先进光源科学家开发了仪器和测量算法,它被用来帮助回答基本问题的电池材料和行为识别UIC团队。
在一起,两队利用层析技术观察纳米粒子的锂-铁磷酸盐恢复电池的电极部分指控。研究人员使用一个连贯的,纳米级的高通量同步加速器产生的x射线在先进的光源来询问每个纳米颗粒。光束的吸收材料的模式给研究人员的信息氧化态的铁纳米颗粒在x射线。因为他们能够移动梁几纳米,再次运行他们的审讯,纳米粒子的化学地图的团队可以重建分辨率约11 nm。在太空中旋转的材料,他们可以创建一个三维层析重建每个纳米颗粒的氧化态。
“使用我们的新技术,我们不仅可以看到单个纳米粒子在给定的时间显示不同程度的反应,而且反应如何通过每个纳米颗粒”的内部工作,卡巴纳说。
