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

 

Шарики в бороздках
Шарики в бороздках

Светодиодные технологии и оптоэлектроника: магистратура на стыке образования и индустрии
Открыт набор на первую в России индустриальную программу «Светодиодные технологии и оптоэлектроника» Университета ИТМО

Международная онлайн-дискуссия «Квант будущего»
Фонд Росконгресс, Госкорпорация «Росатом», Российский квантовый центр и научно-популярное издание N+1 завершают серию международных онлайн-дискуссий «Квант будущего», где лидеры индустрии и ведущие мировые ученые обсуждают, как квантовые технологии уже изменили наш мир, и с какими вызовами помогут справиться в будущем.
Заключительная дискуссия «Квантовая революция: профессии будущего и трансформация образования» состоится 8 июля в 17:00 по московскому времени.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Супергибридный материал для хранения водорода. Двумерная соль. Существование виртуальных мультиферроиков подтверждено. Чёрные бабочки. Служение науке и немного поэзии.

Академия - университетам
Е.А.Гудилин, Ю.Г.Горбунова, С.Н.Калмыков
Российская Академия Наук и Московский университет во время пандемии реализовали пилотную часть проекта "Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии". За летний период планируется провести работу по подключению к проекту новых ВУЗов, институтов РАН, профессоров РАН, а также по взаимодействию с новыми уникальными лекторами для развития структурированного сетевого образовательного проекта "Академия - университетам".

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2020
Коллектив авторов
Защиты выпускных квалификационных работ (квалификация – бакалавр материаловедения) по направлению 04.03.02 - «химия, физика и механика материалов» на Факультете наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова состоятся 16, 17, 18 и 19 июня 2020 г.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2020 году
коллектив авторов
2 - 5 июня пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

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!



 
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.