Nano Energy：澤攸科技原位桿應(yīng)用于堿金屬離子電池
日期：2018-08-15
為獲得電池的高能量密度，位于元素周期表左上方的金屬鋰成為了當(dāng)今二次電池的優(yōu)選，然而，鋰電池發(fā)展到現(xiàn)在似乎遇到了一個"瓶頸期"，能量密度提升緩慢，成本下降并不迅速，而且在快充、適應(yīng)溫度范圍、更大規(guī)模部署應(yīng)用（電動汽車、儲能）以及資源豐度方面都已經(jīng)遇到了挑戰(zhàn)。因此人們一直在尋找一種新的二次電池技術(shù)彌補(bǔ)鋰電的不足。堿金屬離子電池利用鈉、鉀等堿金屬代替鋰，因鈉、鉀等金屬的儲量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋰，堿金屬離子電池的普及將會降低電池的成本。本文利用原位透射電子顯微鏡技術(shù)深入研究了堿金屬離子電池中離子的遷移特性。電池的一端電極為金屬鈉及鈉表面包覆的氧化層，另一端電極為SnS2.研究表明，鈉離子的注入會產(chǎn)生大量缺陷以及5%左右的晶格膨脹，同時會伴隨著Na0.5SnS2超結(jié)構(gòu)中間相的產(chǎn)生。不同與離子鍵的電極材料，由范德瓦爾斯力的SnS2材料中的鈉化和鋰化過程非常相似（都是不對稱的反應(yīng)路徑）。但是鈉化過程中相對于鋰化過程會產(chǎn)生更高密度的缺陷，這可能與Na離子更大的半徑和質(zhì)量有關(guān)。這項研究對于理解堿金屬電池中金屬離子遷移的特性非常重要。不對稱的鈉離子內(nèi)嵌和抽離路徑可以幫助我們更好的理解堿金屬離子電池中的電壓回滯和能量效率的根源。相關(guān)研究成果由北京大學(xué)、中科院大學(xué)、中科大、美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室共同完成，相關(guān)研究成果發(fā)表在《Nano Energy》上（Nano Energy 32 (2017) 302–309）。
澤攸科技的PicoFemto系列原位樣品桿在該研究中作為電池模型的載體，穩(wěn)定而準(zhǔn)確完成了測樣區(qū)域選擇以及施加電場等任務(wù)。值得一提的是，澤攸科技推出的雙用載樣方案，相比于傳統(tǒng)的STM探針桿只能用金針載樣，大大提高了產(chǎn)品的應(yīng)用范圍和易用性。
實(shí)時觀測鈉離子在SnS2中的輸運(yùn)過程。
可以清晰觀察到鈉化過程中相界的移動。
高分辨TEM觀測鈉離子抽出過程。
理論支持。
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作者：小攸