AFM thúc đẩy nghiên cứu hiệu suất pin
Phép lập bản đồ tính chất tương quan bằng kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) – Bruker Dimension XR giúp đẩy nhanh nghiên cứu hiệu suất của cực âm, cực dương và màng ngăn pin trong điều kiện vận hành thực tế. Công nghệ này cho phép khám phá những hiểu biết mới về sự hình thành màng bề mặt điện phân rắn (SEI) cũng như ảnh hưởng của các tính chất cơ học và điện ở cấp độ nano đối với dung lượng và sự suy giảm hiệu suất của pin.
AFM là công cụ mạnh mẽ để đặc trưng hệ thống pin, nơi các vật liệu có đặc tính cơ học khác nhau được tích hợp, bao gồm vật liệu mềm (chất phụ gia polymer), vật liệu lỏng lẻo (phụ gia dẫn điện), vật liệu cứng (oxit kim loại lithium), và bề mặt xốp (màng ngăn pin). Cực điện pin thường có sự thay đổi đáng kể về địa hình bề mặt và tính chất điện ở cấp độ nano. Công nghệ PeakForce Tapping® và các biến thể nano điện của nó, chẳng hạn như PeakForce TUNA™, đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu pin bằng AFM. Các tính chất như địa hình, đặc tính cơ học nano và sự biến đổi độ dẫn điện được theo dõi đồng thời mà không gây hư hại mẫu.
Phương pháp DCUBE-TUNA: Khai phá thông tin đa chiều về cực dương pin.
Các chế độ dữ liệu khối điện mới (DCUBE) kết hợp giữa hình ảnh, cơ học nano và phổ điện đầy đủ tại mỗi điểm ảnh, tạo thành tập dữ liệu tích hợp 3D. Cách tiếp cận dữ liệu lớn này cho phép cắt lát dữ liệu theo bất kỳ trục hoặc mặt phẳng nào, cung cấp cái nhìn toàn diện về cấu trúc và hiệu suất vật liệu pin.
Ví dụ, chế độ DCUBE-TUNA trên Dimension XR đã được áp dụng để nghiên cứu cực dương pin chứa oxit kim loại lithium, chất kết dính polymer và hạt nano carbon dẫn điện. Hình 1 hiển thị ảnh 15×15 μm được trích xuất từ tập dữ liệu DCUBE-TUNA. Một số hạt oxit kim loại lithium lớn có thể dễ dàng quan sát được trong ảnh địa hình (1a), được đánh dấu là khu vực 1–3. Ảnh mô đun (1b) cho thấy vật liệu xen kẽ chủ yếu là chất kết dính polymer mềm.
Xác Định “Hạt Chết” Ảnh Hưởng Đến Hiệu Suất Pin
Quan sát kỹ hơn hình 1b cho thấy sự thay đổi trong vật liệu mềm có mối tương quan với bản đồ độ dẫn điện trong hình 1c. Những vùng có độ dẫn điện cao chứa các hạt carbon đen trong chất kết dính được phân biệt rõ ràng. Đáng chú ý, ảnh độ dẫn điện (1c) cũng chỉ ra rằng hạt được đánh dấu số 2 là “hạt chết,” không có độ dẫn điện trong toàn bộ dải điện áp từ -3.5V đến +4V. Điều này có thể do sự phân bố phụ gia carbon đen không tạo ra kênh dẫn điện hoặc do bản chất của hạt oxit kim loại đó.
Trong một viên pin thực tế, sự tồn tại của “hạt chết” làm giảm mật độ năng lượng riêng và thể tích mà không cải thiện tuổi thọ hay mật độ công suất. Do đó, chế độ DCUBE-TUNA cung cấp hiểu biết mới về cực dương pin, không chỉ giúp xác định sự phân bố thành phần mà còn phát hiện các hạt oxit kim loại “chết”. Các phương pháp điện hóa kết hợp dựa trên AFM, chẳng hạn như PeakForce SECM™, còn có thể định lượng quá trình xảy ra tại cực âm và cực dương trong điều kiện vận hành, bao gồm sự hình thành SEI.
Minh Khang là nhà phân phối và nhập khẩu trực tiếp dòng sản phẩm Kính hiển vi lực nguyên tử hãng Bruker.
EN