Small:原位TEM研究固態鋰硫電池在高溫下的充放電行為
日期：2020-11-30
目前，學界對于鋰硫(Li-S)電池運行過程中硫化鋰的結構演變規律的研究還不充分。究竟是鋰的低電子電導率還是低離子電導率YI制了充電過程中硫化鋰的分解，目前還存在爭議。此外，硫化鋰的分解途徑也不清楚。
近日，燕山大學黃建宇、唐永福和張利強課題組針對上述難題，結合PicoFemto?原位MST多場樣品桿對高溫下硫化鋰的析出和分解進行原位研究。結果表明，隨著室溫下鋰化過程的進行，硫化鋰從非晶態/納米晶轉變為多晶態，高溫下硫化鋰的析出比室溫下更完整。此外,研究還發現鋰離子在固態鋰電池中的擴散是可逆的。這項工作實現了一種在高溫下原位觀測鋰硫電池鋰化行為的新方法。相關研究成果以"In Situ TEM Observations of Discharging/Charging of Solid-State Lithium-Sulfur Batteries at High Temperatures"為題發表在《Small》上。DOI: 10.1002/smll.202001899
圖：實驗方法
實驗平臺搭建:該鋰硫納米電池由一個S@CNT納米陰極和一個鍍鋰金屬陽極組成。S@CNTs被粘附到扁平的鋁棒上，金屬鋰被涂在另一端。鋁棒被安置在PicoFemto?原位MST多場樣品桿的三維操縱端，通過機械位移準確觸碰MEMS加熱芯片上的加熱區，從而完成整個納米電池的構建。實驗中，機械操縱端、納米電池、MEMS芯片形成閉合回路，實現電池的原位充放電研究。同時，MEMS芯片還可以對電池進行高溫加熱，以研究鋰硫電池在高溫下的充放電行為。
圖：原位TEM觀測充放電
圖：不同溫度下的原位TEM充放電研究
圖：理論模型
圖：實驗中使用的原位樣品桿
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