La méthodologie de la science des surfaces révèle les mécanismes de relaxation et de défaillance des dispositifs de stockage d’énergie. Crédit : DICP
Une longue durée de vie et une sécurité élevée sont requises pour les dispositifs de stockage d’énergie (ESD) dans leurs applications à grande échelle. Par conséquent, il est important d’explorer à la fois les mécanismes de fonctionnement et de défaillance des décharges électrostatiques.
Les techniques de caractérisation antérieures telles que la diffraction des rayons X (XRD), la microscopie électronique à transmission (MET), la spectroscopie et la topographie des rayons X et la résonance magnétique nucléaire (RMN) étaient basées sur des régions en vrac d’électrodes ou d’électrolytes, et elles ignoraient la surface critique. /comportements d’interface qui régissent le fonctionnement et l’échec des ESD.
Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur FU Qiang de l’Institut de physique chimique de Dalian (DICP) de l’Académie chinoise des sciences (CAS) a révélé les mécanismes de relaxation et de défaillance dépendant de l’atmosphère des décharges électrostatiques par une méthodologie de science de surface in situ.
Les résultats ont été publiés récemment dans Journal de l’American Chemical Society.
Les chercheurs ont visualisé les processus de relaxation et de défaillance dépendant de l’atmosphère dans les décharges électrostatiques par Raman in situ, diffraction des rayons X (XRD) et spectroscopie photoélectronique des rayons X (XPS).
Ils ont découvert que pour la batterie à ions aluminium (AIB), les effets de relaxation de l’électrode en graphite dans des atmosphères anhydres se manifestaient par un changement de structure d’étage récupérable et une relaxation électronique. Les mécanismes pourraient être décrits comme la redistribution des paires anion/cation dans l’électrode de graphite par XPS in situ.
Une fois l’exposition aux atmosphères hydratées, H2Les molécules d’O de l’environnement pourraient s’intercaler dans l’électrode de graphite et des réactions d’hydrolyse pourraient être induites entre H nouvellement intercalé2O et des ions. Après H2Lors de l’intercalation et de l’hydrolyse, les comportements de défaillance de l’électrode en graphite se sont produits comme le montrent la dégradation de la structure en étages et le découplage électronique.
« Nous avons développé des techniques operando/surface/interface à atmosphère, température et potentiel contrôlés in situ et des dispositifs modèles bien définis », a déclaré le professeur FU. « De telles méthodes peuvent être étendues pour explorer les mécanismes de relaxation et de défaillance d’un plus grand nombre de décharges électrostatiques, telles que les batteries secondaires/supercondensateurs métal-ion, et les réactions d’interface dans les batteries métal-gaz. »
Référence: “In situ Visualisation of Atmosphere-Dependent Relaxation and Failure in Energy Storage Electrodes » par Chao Wang, Caixia Meng, Shiwen Li, Guohui Zhang, Yanxiao Ning et Qiang Fu, 13 octobre 2021, Journal de l’American Chemical Society.
DOI : 10.1021/jacs.1c09429
Ce travail a été soutenu par la National Natural Science Foundation of China, le National Key R&D Program of China, le Strategic Priority Research Program of CAS et le financement DICP&QIBEBT.
