Просвечивающие электронные микроскопы позволяют исследователям в области энергетических технологий наблюдать материалы для батарей следующего поколения на атомном уровне. Однако новое исследование показало, что сам процесс микроскопической визуализации наносит образцам литий-натриевых батарей более значительный ущерб, чем предполагалось ранее, что подчеркивает необходимость создания стандартизированной структуры для визуализации материалов батарей в лабораториях. Результаты исследования были опубликованы в журнале «Joule».
Исследование было проведено совместно учеными из Альянса исследований в области хранения энергии, Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета, Аргоннской национальной лаборатории и компании Thermo Fisher Scientific.
«Люди используют множество различных инструментов для характеристики образцов, и у каждого есть свой способ проведения экспериментов», — говорит Шуан Бай, первый соавтор исследования, научный сотрудник постдокторантуры в Аргоннской национальной лаборатории и научный сотрудник Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета. «Мы пытаемся определить, каков наилучший метод для хранения образцов, содержащих реактивные металлы, такие как литий или натрий, их переноса от одного устройства к другому и получения изображений для оптимального анализа данных».
Исследовательская группа выявила проблемы в работе электронных микроскопов, указав, что процесс переноса образцов в электронный микроскоп и сам микроскоп могут повредить реактивные образцы. Это исследование также опровергает давнее предположение в области исследований батарей о том, что чистые литиевые образцы можно визуализировать без необходимости хранения при низких температурах.
«С помощью нашего метода переноса в инертной атмосфере мы доказали, что можно проводить высокоразрешающую визуализацию высокочистого литиевого металла при комнатной температуре», — сказал Шуан Бай.
Этот новый метод переноса в сочетании с рекомендациями по отчетности о данных, изложенными в статье, может помочь установить лучшие стандарты для безопасного, эффективного и минимально повреждающего исследования образцов батарей.
«Это веха для нашей лаборатории и для исследовательских групп, работающих над созданием лучших батарей для глобальной устойчивости», — говорит Инь Мэн, автор-корреспондент исследования, директор Альянса исследований в области хранения энергии и профессор Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета. «Приняв руководящие принципы, изложенные в нашей статье, лаборатории по всему миру смогут обеспечить получение согласованных, надежных данных, которые будут информировать каждый шаг нашей исследовательской работы, ускоряя превращение научных результатов в практические приложения».
Исследование также показало, что даже при низких температурах изображения, полученные с помощью просвечивающего электронного микроскопа, могут привести к вводящим в заблуждение выводам, если доза электронного пучка не контролируется должным образом. Например, фторид лития может разлагаться в литиевый металл под воздействием электронного пучка высокой интенсивности, который затем может окисляться, реагируя с остатками в колонне микроскопа. Поэтому тщательный контроль и регистрация дозы электронного пучка, воздействующего на образец, имеют решающее значение. В настоящее время многие статьи не содержат этой информации, что ставит под сомнение сопоставимость прошлых исследований.
«Эта проблема станет еще более критичной, когда мы перейдем к батареям следующего поколения, таким как натриевые батареи, потому что используемые материалы будут более чувствительны к воздуху и электронному пучку, что создает более серьезные проблемы для точной характеристики», — говорит Чжао Лю. Новые руководящие принципы визуализации и стандарты раскрытия информации могут помочь будущим исследованиям избежать этих проблем.
Подробности публикации: Авторы: Шуан Бай и др., Название: «Руководство по визуализации и анализу, связанное с реактивными щелочными металлическими материалами для батарей», Опубликовано в: «Joule» (2026). Информация о журнале: «Joule»
