Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Схема литий-ионной нанобатарейки.
Эволюция формы нанопровода SnO2 при внедрении ионов лития.
Изображение ПЭМ фронта реакции (А) и соответствующие картины электронной дифракции (B-E). Видно, что сначала нанопровод был кристаллический SnO2 (B - точки), а потом стал аморфным с кристаллическими включениями Sn (E - широкие кольца и бледные точки).
Наночастица олова в аморфной матрице (F).

Подробности внедрения ионов лития в нанопровод из диоксида олова

Ключевые слова:  литий-ионные батареи, нанопровод

Опубликовал(а):  Трусов Л. А.

13 декабря 2010

Постоянные читатели Нанометра знают, что одним из неприятных эффектов, ограничивающих производительность и срок службы литий-ионных батарей, является разрушение электродов при внедрении и экстракции ионов лития. Неоднократно было показано, что наностержни и нанопроволоки наиболее эффективно переносят механические напряжения, возникающие при циклировании, и поэтому перспективны для использования в качестве материалов электродов. Исследователи из США и Китая пролили свет на процессы, протекающие при внедрении ионов лития в нанопровод SnO2.

Учёные изготовили наноразмерную электрохимическую ячейку, состоящую из нанопроводка SnO2 в качестве анода, катода из LiCoO2 и электролита на основе ионной жидкости. Всё это они поместили в просвечивающий электронный микроскоп высокого разрешения и стали заряжать батарейку.

Изначально нанопровод SnO2 был монокристаллическим, прямым и гладким, но в процессе зарядки он стал утолщаться, удлиняться и, как следствие, изгибаться и скручиваться. Реакция имела ярко выраженный фронт, который распространялся вдоль нанопровода от места его контакта с электролитом. Зарядка провода длиной 16 мкм и диаметром 188 нм заняла около получаса. При этом нанопровод удлинился на 60% и растолстел на 45%. В итоге его объём увеличился на 240%. Как мы видим, нанопровод SnO2 не растрескался и не развалился из-за напряжений в реакционном фронте, хотя в объемном виде диоксид олова довольно хрупок.

Детальное изучение фронта реакции показало наличие в нём большого числа подвижных дислокаций, что свидетельствует о существенных механических напряжениях вследствие структурного несоответствия насыщенной и ненасыщенной ионами лития фаз. После прохождения фронта нанопровод представляет собой композит из аморфной матрицы Li2O с наноразмерными кристаллическими включениями LixSn и Sn. Таким образом, можно предположить, что при зарядке на аноде протекают реакции:

4Li+ + SnO2 + 4e → 2Li2O + Sn

Sn + xLi+ + xe ↔ LixSn (0<x<4.4)

В свою очередь на катоде происходит окисление Co3+:

LiCoO2 → Li1–yCoO2 + yLi+ + ye.

Образование облака дислокаций в реакционном фронте имеет ряд последствий. Во-первых, ядра дислокация могут служить каналами для внедрения ионов лития, что улучшает кинетику процесса. Во-вторых, дислокации придают нанопроводу пластичность, что позволяет ему не разрушиться при больших внутренних напряжениях.

При разряде батарейки, как и ожидалось, диаметр нанопровода слегка уменьшился, а LixSn превратился в Sn. Аморфный Li2O не претерпел изменений, т.к. первая реакция на аноде необратима.

С подробностями работы можно ознакомиться в статье «In Situ Observation of the Electrochemical Lithiation of a Single SnO2 Nanowire Electrode». Также доступны замечательные видеоролики о непростой жизни нанопроволок SnO2 внутри литий-ионной нанобатарейки.


Источник: Science



Комментарии
Пастух Евфграфович, 13 декабря 2010 11:16 
Sweetmeatly

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Изображения металлического фотонного кристалла
Изображения металлического фотонного кристалла

Поступление в совместный российско-китайский Университет МГУ-ППИ в Шэньчжэне
В июле 2019 года в МГУ имени М.В. Ломоносова проходит набор учащихся на программы МГУ, реализуемые в Университете МГУ-ППИ в Шэньчжэне. Поступление в совместный университет – это возможность учиться в самом быстроразвивающемся городе мира на русском языке у ведущих преподавателей МГУ по самым современным программам, получить образование мирового уровня и дипломы сразу двух университетов, овладев китайским языком. Для поступления в совместный университет не требуется владения китайским языком. Прием документов и экзамены проходят на территории МГУ. Абитуриенты имеют право поступать одновременно в МГУ имени М.В. Ломоносова и МГУ-ППИ в Шэньчжэне.

Вокруг Нанограда
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. И сам город оказался молодым, динамичным, современным и интересным. Ниже дан небольшой фоторепортаж вокруг Нанограда, беглый взгляд, что собой представляет Ханты - Мансийск.

На лекциях Нанограда 2019
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. Мы приводим небольшой фоторепортаж с различных лекций Нанограда.

3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве
И.В.Яминский
Материалы лекции проф. МГУ, д.ф.-м.н., генерального директора Центра Перспективных технологий И.В.Яминского "3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве". 3D принтер, сканирующий зондовый микроскоп и фрезерный станок. Что общего между ними? Как конструировать их своими руками? Небольшой экскурс в практические нанотехнологии. Поучительная история о создании сканирующего туннельного микроскопа. От идеи до нобелевской премии за 5 лет. Взгляд в микромир – от атомов и молекул до живых клеток. Как взвесить массу одного атома? Вирусы и бактерии – наши друзья или враги? Медицинские приложения нанотехнологий – нанобиосенсоры для обнаружения биологических агентов.

Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники
В.А.Кецко
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. В сообщении даны материалы лекции д.х.н., в.н.с. ИОНХ РАН В.А.Кецко "Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники".

Лекции и семинары от ФНМ МГУ на Нанограде
Е.А.Гудилин
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. Ниже даны материалы лекций и семинаров представителя ФНМ МГУ проф., д.х.н. Е.А.Гудилина.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.