Схема квантового зондирования operando для батареи. Кредит: Институт физики
Работа батареи в значительной степени зависит от неоднородности и отказа отдельных частиц электрода. Понимание механизмов реакции и режимов отказа на наноуровне является ключом к развитию технологий батарей и продлению их срока службы. Однако фиксация электрохимической эволюции в реальном времени в этом масштабе остается сложной задачей из-за ограничений существующих методов зондирования, которым не хватает необходимого пространственного разрешения и чувствительности.
Теперь исследователи из команды Суо Люминя и команды Лю Ганциня из Института физики Китайской академии наук разработали подход квантового зондирования, основанный на центрах вакансий азота (NV) в алмазе.
Исследование под названием «Квантовое зондирование Operando фиксирует электрохимическую эволюцию в наномасштабе в аккумуляторе» было опубликовано в журнале Device 10 сентября.
Датчики NV обеспечивают пространственное разрешение от 1 нм до 1 мкм и чувствительны к изменениям температуры, напряжения и магнитных полей, что открывает большие возможности для неразрушающего мониторинга частиц электродов батареи в режиме реального времени.
Используя интегрированное устройство, объединяющее квантовую сенсорную систему с батареей, исследователи добились in situ мониторинга частиц активного материала в наномасштабе, продемонстрированного электродами Fe3O4.
Их результаты выявили неоднородные фазовые превращения из Fe3O4 в FeO, а затем в Fe во время разряда со значительными микроскопическими кинетическими различиями в разных областях.
Исследование также выявило суперпарамагнитное поведение частиц Fe.
Значительная разница в распределении магнитного поля и температуры внутри электрода также была выявлена с помощью многопоточного зондирования в этом исследовании.
-
Алмазные квантовые датчики фиксируют электрохимическую эволюцию электрода Fe3O4 в наномасштабе. Кредит: Институт физики
-
Картирование магнитного поля внутри электрода Fe3O4. Кредит: Институт физики
Эти результаты продемонстрировали потенциал алмазных NV-центров для широкомасштабной высокоразрешающей характеристики наномасштабной области внутри электрода, предлагая новое понимание поведения материала и механизмов отказа.
Дополнительная информация: Бинхан Лю и др., Квантовое зондирование Operando фиксирует наномасштабную электрохимическую эволюцию в батареях, Устройство (2024). DOI: 10.1016/j.device.2024.100521
Информация о журнале: Устройство
Предоставлено Китайской академией наук
