представить (кого-л. на работу и т.д.)

С развитием устройств хранения энергии нового поколения литий-ионные батареи используются для питания мобильных устройств и электромобилей, и спрос на них, скорее всего, будет расти. Однако литий дорог, поскольку не является распространенным металлом. С другой стороны, натрий распространен и недорог, поэтому интерес к натрий-ионным батареям (НИАБ) растет. Были исследованы различные материалы для использования в качестве катодов или анодов в СИБ. Большинство этих исследований проводилось на полуэлементных системах, содержащих рабочий электрод (WE), противоэлектрод (CE) и, при необходимости, электрод сравнения (RE). WE содержит либо катодный, либо анодный материал. Как правило, в полуэлементных системах для КЭ используются металлические хлопья натрия. Использование натрия в качестве анодного материала возможно, но на практике будет затруднено из-за вопросов безопасности.

Существует множество сообщений об электрохимическом осаждении/растворении лития. Недостатком металлических литиевых электродов является низкая производительность при коротком замыкании и циклировании из-за образования литиевых "дендритов" в процессе электрохимического осаждения. Процесс электрохимического осаждения лития в растворе электролита LiAsF2/этиленкарбонат-2-метилтетрагидрофуран с силой тока 0,5 мА/см2 описан в работе Ref. Литий растет из нижней части литиевого электрода и образует перегибы. В результате форма осажденного лития становится дендритной. Затем литий начинает осаждаться на кончиках литиевых дендритов и в местах перегибов. Форма осажденного лития - гранулированная. Электрохимический процесс растворения литиевого дендрита происходит следующим образом. Гранулированный литий на кончиках и в местах перегибов растворяется. Затем растворяется матрица дендрита, и дендрит превращается в "мертвый литий". Это одна из причин плохой обратимости литиевых электродов. Кроме того, исследования формы электрохимически осажденного лития в различных электролитах показали, что она зависит от электролита.

Как уже упоминалось выше, накоплены сведения об электрохимическом осаждении/растворении лития. Однако имеется мало сообщений об электрохимическом осаждении/растворении натрия. Для разработки SIB важно понять их поведение (например, изменение формы во время циклирования, обратимость и кулоновская эффективность). В данном исследовании мы использовали металлический натрий в качестве КЭ и наблюдали за изменением формы электрохимически осажденного/растворенного натрия в растворах электролита на основе пропиленкарбоната (ПК). Растворы на основе ПК широко используются в качестве электролитов для СИБ, и использование одного растворителя позволило нам прояснить поведение осаждения/растворения. Натриевые и медные электроды использовались как WE, а натриевые - как CE в качестве типичной реакционной системы. Для наблюдения мы использовали оптический микроскоп, о котором сообщалось в наших предыдущих исследованиях анодных материалов Sn-Co. Этот метод позволил нам наблюдать поперечное сечение поверхности натриевого электрода во время электрохимического осаждения/растворения натрия и записывать видеоролики роста натрия для наблюдения in situ. Кроме того, чтобы исследовать наличие поверхностных тонких слоев, таких как границы раздела твердых электролитов (SEI) на осажденном натрии, например Li2CO3 и Li2O на осажденном литии, мы изучили состав поверхности осажденного натрия с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM), оснащенного SEI. Такие свойства, как ионная проводимость SEI, важны для достижения хорошей пригодности к вторичной переработке.

Приложения

В данном исследовании основное внимание было уделено электрохимическому осаждению/растворению натрия в растворе электролита на основе пропиленкарбоната, наблюдаемому с помощью оптической микроскопии in situ. Сначала гранулированный натрий осаждался в ямках натриевого электрода во время катодного процесса. Затем частицы натрия линейно росли от поверхности электрода в виде игл. В последующем анодном процессе натрий растворяется вблизи корней игл на натриевом электроде, и так называемый "мертвый натрий" отделяется от электрода. Механизм электрохимического осаждения и растворения натрия на медных электродах аналогичен механизму осаждения и растворения натрия на натриевых электродах.

На фото 3 показано прямое наблюдение морфологических изменений в натриевых или медных электродах в процессе электрохимического осаждения/растворения с помощью оптического микроскопа in situ (Lasertec Corp., ECCS B310), как и сообщалось ранее. Круглые ячейки для микроскопического наблюдения использовались для приготовления растворов путем укладки листов натрия (толщиной 0,2 мм и диаметром 15 мм, Kanto Chemical Corp.) или меди (толщиной 0,01 мм и диаметром 15 мм) в качестве WE, электролита (1 М NaPF6/PC, Tomiyama Pure Chemicals Industries Ltd.)-иммерсионная полипропиленовая диафрагма (диаметр 19 мм, Celgard) и натриевый лист в качестве ЧЭ. Как показано на Дополнительном рисунке 3(a), круглую ячейку разрезали на полукруги и подготовили для наблюдения открытое поперечное сечение ячейки с WE/диафрагмой с раствором электролита/ CE. Затем полукруглые ячейки помещались в приспособление для оптической микроскопии, и поперечное сечение поверхности наблюдалось с помощью оптического микроскопа через смотровое окно из сапфира, как показано на Дополнительном рисунке 3(b). Электрохимические измерения проводили с помощью автоматической системы разряда-заряда с постоянным током (Hokuto Denko Corp., HJ1001SD8) при постоянном токе 50 мкА (57 мкА/см2) при комнатной температуре.

источник (информации и т.д.)

Авторы: YuhkiYui, Masahiko Hayashi & Jiro Nakamura

Институт: NTT Device Technology Labs, NTT Corporation 3-1, Morinosato Wakamiya, Atsugi-shi, Kanagawa Pref. 243-0198, Япония; Департамент электронной химии, Междисциплинарная высшая школа естественных наук, Токийский технологический институт, 4259 Nagatsuta, Midori-ku, Yokohama 226- 8502, Япония. Химия, Междисциплинарная высшая школа науки и техники, Токийский технологический институт, 4259 Нагацута, Мидори-ку, Йокогама 226- 8502, Япония. 8502, Япония.

Опубликовано: получено: 24 сентября 2015; принято: 12 февраля 2016; опубликовано: 01 марта 2016

Журнал: Nature scientificreports

Сайт источника статьи:Микроскопическое наблюдение in situ за осаждением/растворением натрия на натриевом электроде