科学者たちは、リチウム電池の原因が頻繁に爆発することを発見しました。

ポータブル電子機器や電気自動車の急速な発展に伴い、人の追求に加えて、リチウム電池より大きな容量、より速く充電および放電する、より多くの懸念はリチウムを保護する方法です電池使用の安全性。爆発などのリチウム電気プールイベントが時々あるため、MianBuDeは人々を緊張させます。リチウム電池の安全性の問題を解決する方法の前提であるため、科学者は爆発の原因としてリチウム電池を深く包括的に理解しています。

科学的なレベルの説明では、リチウム電極の表面堆積は「樹枝状」（デンドライト）を形成する可能性があり、それは成長し続け、故障によるバッテリー内部短絡を引き起こしたり、火災を引き起こしたりする可能性があります。しかし、原子構造レベルからどのように知り、研究し、そして問題の解決策を見つけるか、過去の効果的な技術的手段の欠如。

今月は、2017年のノーベル化学賞の凍結電子顕微鏡（ジャーナル-EM）技術を受賞したばかりで、強力な技術サポートを提供します。スタンフォード大学のエネルギー省（doe）SLAC国立加速器研究所のyi cui教授、スティーブンチュー、1997年にノーベル物理学賞を受賞した人民チームなど、電子顕微鏡（ジャーナル-EM）で撮影した画像を凍結するだけで最初の原子リチウム金属デンドライトの。研究の結果は、現地時間の10月27日に、サイエンス誌の国際学術雑誌に掲載されました。

各リチウムデンドライトは長いストリップであり、完璧な6面結晶を成形します。以前に電子顕微鏡レンズで観察されたのは、結晶の不規則な形状です。 Yi cui氏は、「研究の結果は非常にエキサイティングであり、関連する研究は新しい状況を切り開いた！」と述べました。

凍結電子顕微鏡は、その名前が示すように、サンプルの微細構造を観察するために低温で透過型電子顕微鏡（TEM）（透過型電子顕微鏡、TEM）を使用する凍結固定の適用です。凍結電子顕微鏡は重要な構造生物学の研究方法であり、生体高分子構造を取得するための重要な手段です。

画像はメカニズムを理解するための鍵であるため、科学的な進歩は多くの場合、ターゲットを肉眼で視覚構造をうまく取得することに基づいています。強い電子ビームは生体物質を破壊するため、長い間、TEMは生体分子の観察には適さないと考えられてきました。しかし、凍結電子顕微鏡（sem）の作成により、研究者は生体分子を「凍結」することができます。これは前例のない移動プロセス分析であり、化学と薬理学の理解の発展の特徴が決定的な影響を及ぼします。このため、凍結電子は今年のノーベル化学賞にも選ばれます。

左：室温でのTEM画像では、リチウムデンドライトが空気にさらされて腐食し、電子ビームも多数の穴で溶け出します。右：その後、EM画像は、凍結環境下で元の状態を維持し、明確な界面を持つ結晶性ナノワイヤーを示しています。

リチウムなどの材料の場合も、投影電子顕微鏡を使用してデンドライト原子の他の結果を表示することはできません。生体材料と同様に、室温で電子ビーム衝突によりTEMを使用すると、デンドライトエッジは溶融してもカールします。スタンフォード大学の博士であるYanbinLiの研究に参加したことで、「サンプルの準備は空中にありますが、リチウム金属の腐食はすぐに空中になります」、「リチウム電子顕微鏡を高倍率で使用しようとするたびに、電子は「デンドライトに穴を開け、完全に溶かします。」

スタンフォード大学の博士課程のYanbinLiでの研究に携わったことで、「太陽の下で葉に合わせて虫眼鏡をかけるようなものです。しかし、葉を冷やすことができれば、この問題は解決されます。葉に焦点を合わせて光を当てます。熱も失われ、葉が傷つくことはありません。これは私たちが電子顕微鏡を使用して凍結の効果を達成できるものであり、バッテリー材料のイメージングを使用します。違いは非常に明白です。」

したがって、凍結電子顕微鏡は生化学を新しい時代に変えることを可能にしますが、原子の科学者はリチウムデンドライトの完全な構造を初めて見ません。研究者はまた、ナノワイヤの単結晶成長のための特定の方向に沿ったデンドライトの炭酸塩電解質であることを発見しました。それらのいくつかは「成長する」結び目の過程で現れるでしょう、しかしそれらの結晶構造はまだ完全です。

研究に関与した別の人は、スタンフォード大学の博士課程のyuzhangliも固体電解質界面（SEI）膜を見ることができるが、異なる電解質ナノ構造で形成された異なるSEIも明らかにしていると述べた。電池の充電と放電の際に金属電極に同じコーティングが形成されるため、電池を効率的に使用するには、その製造と安定性の制御が不可欠です。

その後EMを使用すると、科学者はデンドライトポップアップ内の原子からの電子がどのように観察され、個々の原子の位置を示します（左）。科学者は原子間の距離（YouShangTu）、および原子間隔を測定することもできます。それらがリチウム原子であることを示すため（上）。

SLACは、顕微鏡下でのプレスリリースによると、研究者はさまざまな手法を使用して、樹状突起がポップアップする原子からの電子を観察し、固体電解質界面の個々の原子の位置をコーティングしている結晶とその膜を明らかにします。電池の性能を向上させるために化学薬品を添加する場合、固体電解質界面の原子構造をフィルムコーティングすることがより整然とし、添加剤が役割を果たす理由を説明するのに役立ちます。

「私たちは非常に興奮しています。デンドライトのこのような詳細な画像を取得できるのはこれが初めてです。また、ナノメートル構造の固体電解質界面膜層を見るのも初めてです。」YanbinLi氏は次のように述べています。それぞれ異なる電解質がどのような役割を果たしているのか、そしてなぜ特定の電解質効果が他の電解質効果よりも優れているのかを理解してください。」

これらの実験で観察されたデータは、バッテリーの故障のメカニズムのさらなる理解を実現することができます。この作業は証明する例としてリチウム金属ですが、EMは実用的ですが、この方法は、他の研究に感光性材料（リチウムシリコンや硫黄など）を含めるように拡張することもできます。チームはまた、固体電解質界面膜層の化学的性質と構造についてもっと知ることに焦点を当てる予定であると述べた。

このページには、機械翻訳の内容が含まれています。