Fremstilling af bedre batterier via TEM-observation i realtid

Lithium-svovl (Li-S) batterier, som anvender svovl som katode og metallisk lithium som anodematerialer, er blevet bredt nomineret som et af de mest lovende næste generations elektrokemiske lagringssystemer på grund af dets lave omkostninger og høje teoretiske kapacitet. Imidlertid, opløsning af dets lithiumholdige produkt (lithiumpolysulfider) i elektrolytten begrænser den praktiske anvendelse af lithiumsvovlbatterier, resulterer i sidste ende i dårlig cyklus ydeevne og andre ulemper, såsom hurtig kapacitetsfading.

En nylig undersøgelse, tilknyttet UNIST har gjort en overraskende opdagelse, der kunne løse dette problem. I undersøgelsen, offentliggjort i udgaven af ​​27. juli Journal of the American Chemical Society (JACS) , forskerholdet viste, at svovlpartikler kan indkapsles hermetisk ved at udnytte de unikke egenskaber ved todimensionelle materialer, såsom molybdændisulfid (MoS ₂ ). Dette gennembrud er blevet ledet af professor Hyun-Wook Lee fra School of Energy and Chemical Engineering ved UNIST i samarbejde med et forskerhold, baseret i Singapore.

MoS?-belægningen hjælper med at forhindre lækage og sublimering af svovl under højvakuummiljø, men der har været lidt in situ transmission elektronmikroskopi (TEM) observation og forståelse af dette nye materiale i batterierne i Singapore. For at evaluere volumenudvidelsen af ​​MoS ₂ -indkapslede hule svovlkugler, Professor Lee og hans team udførte in situ TEM-studie af svovllithiationsprocessen i undersøgelsen.

"Singapore mangler i øjeblikket in situ TEM-specialister, " siger professor Lee, en af ​​meget få in situ TEM-specialister i verden. "Vores resultater giver værdifuld indsigt i lithiationskemien af ​​svovl på nanoskala."

Transmissionselektronmikroskopi (TEM) er en billeddannelsesteknik, der tillader direkte undersøgelse af de intime strukturelle detaljer i en lang række nanomaterialer, især kulstofbaserede nanomaterialer, inklusive grafen. De er dyre, stor, besværlige instrumenter, der kræver en betydelig mængde træning og specialiserede færdigheder. Dette hindrer real-time in situ-observation af opladnings-afladningscyklussen for Li-S-batterier.

Professor Lee blev ekspert på dette område efter den første eksponering for TEM under sin tid på KAIST. På Stanford University, som postdoc, han arbejdede nat og dag, brydning med TEM. Disse erfaringer har gjort ham i stand til at arbejde med og imødekomme kravene fra markedet for lithium-ion-batterier til at bygge bedre batterier.

"TEM er et imponerende kraftfuldt mikroskopisk værktøj, der eksisterer i dag, i stand til at producere høj opløsning, detaljerede billeder en nanometer i størrelse, " siger professor Lee. "Min erfaring med at håndtere TEM på både KAIST og Stanford University har vejledt og næret mig til at blive en in situ TEM-ekspert."